JP2008066679A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 透明カバーと撮像面の間に配置される材料に起因する難点を防止できると共に、当該材料の配置作業と透明カバーの接着作業も容易である固体撮像装置とその製造方法を提供する。
【解決手段】 撮像面25を持つ固体撮像素子10との間に隙間を介在させて、撮像面25の全面を覆うようにガラスカバー(透明カバー)60を形成する。前記隙間には、無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜(例えば透明ナノポーラスSOG材料膜50)を配置する。ガラスカバー60はこの透明SOG材料膜に接合される。透明SOG材料膜は、例えばナノポアを含むあるいは含まない透明な非晶質シリカ膜や非晶質シリケート膜、または、無機・有機ハイブリッド材料の膜とされる。
【選択図】 図1
【解決手段】 撮像面25を持つ固体撮像素子10との間に隙間を介在させて、撮像面25の全面を覆うようにガラスカバー(透明カバー)60を形成する。前記隙間には、無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜(例えば透明ナノポーラスSOG材料膜50)を配置する。ガラスカバー60はこの透明SOG材料膜に接合される。透明SOG材料膜は、例えばナノポアを含むあるいは含まない透明な非晶質シリカ膜や非晶質シリケート膜、または、無機・有機ハイブリッド材料の膜とされる。
【選択図】 図1
Description
本発明は、固体撮像素子をチップサイズパッケージ(CSP)に実装してなる固体撮像装置とその製造方法に関し、さらに言えば、チップ状の固体撮像素子とその撮像面を覆う透明カバーとを備え、前記撮像面と前記透明カバーの間の隙間に透明SOG(Spin-On-Glass)材料膜が配置されていて、前記隙間が当該SOG材料膜によって充填され、あるいは前記隙間にキャビティ(空洞)が形成された固体撮像装置と、その製造方法に関する。
固体撮像装置は近年、いっそうの小型化・高機能化が進んでいるが、それに伴って携帯電話機、携帯型コンピュータ等の携帯機器、さらには自動車等への搭載が進んでおり、利用分野がますます広がりつつある。
固体撮像装置に使用される固体撮像素子(ベアチップ)には、各画素に対応してアレイ状に形成されたマイクロレンズ(マイクロレンズ・アレイ)を備えたものがある。このような固体撮像素子をCSPに実装する場合、マイクロレンズ・アレイの全面を覆う透明カバー(通常はガラスカバー)がパッケージに設けられるが、その構成には、マイクロレンズ・アレイと透明カバーの間に微小の隙間が存在するもの、換言すれば、マイクロレンズ・アレイと透明カバーの間にキャビティが形成されているものと、マイクロレンズ・アレイと透明カバーの間に樹脂材料が配置(充填)されていて、マイクロンズ・アレイと透明カバーの間にキャビティが存在しないものとがある。前記キャビティには、必要に応じて、空気あるいは窒素ガス等が充填されたり、所定レベルの真空とされたりする。
上述したキャビティを持つ固体撮像装置の例は、特許文献1(特開2003−163341号公報)に開示されている。この固体撮像装置は、ガラス等からなる平板部を固体撮像素子(チップ)上に重ね合わせ、平板部に形成された金属配線に固体撮像素子上に設けたバンプを電気的に接続すると共に、当該接続部を封止剤で封止することにより、気密封止部(キャビティ)を備えた固体撮像素子を構成している。この固体撮像素子は、位置決め基準面を備えたパッケージ(例えばセラミック製パッケージ)に、位置決めを行ってから搭載されている。熱膨張率の違いに起因する破損を防止する対策として、平板部上の金属配線と固体撮像素子上のバンプの間に応力緩衝層が挿入されている(要約、図1〜図7、段落0021〜0042を参照)。
上述したキャビティを持たない固体撮像装置の例は、非特許文献1(「日経エレクトロニクス」2005年11月21日号、「ワイヤ接続にこだわらず代替パッケージで価値向上」、105頁〜109頁)及び特許文献2(特開2001−118967号公報)に開示されている。
非特許文献1に記載されている固体撮像装置(三洋電機株式会社製)は、固体撮像素子(チップ)とガラスカバーの間の隙間に透明樹脂を充填しており、当該透明樹脂によって、固体撮像素子を構成するシリコンとの熱膨張率差に起因する応力を防止するようにしている。また、ガラスカバーとして、固体撮像素子を構成するシリコンとの熱膨張率差が小さいものを使用している(図3、第109頁を参照)。
特許文献2の固体撮像装置は、筐体(パッケージ)の凹部に固体撮像素子(チップ)を収納し、この凹部内を透明樹脂で充填することにより、紫外線領域の短波長の光を吸収し且つ可視光線を透過する樹脂層を形成している。こうして、固体撮像素子の表面に形成されるカラーフィルタを保護している。また、前記樹脂層を被うようにガラス板を装着して、当該樹脂層の表面を保護している(要約、図1〜3、段落0010〜0020を参照)。
特開2003−163341号公報 (要約、図1〜図7、段落0021〜0042)
特開2001−118967号公報 (要約、図1〜3、段落0010〜0020)
「日経エレクトロニクス」2005年11月21日号 (105頁〜109頁)
上述したキャビティを持つ固体撮像装置は、屈折率の問題がなくなるため好ましいが、透明カバーを含むパッケージ(キャビティ)を気密封止する必要がある、エアギャップ内の気体の膨脹・収縮により気密性が低下する恐れがある、等の難点がある。この点を考慮すれば、エアギャップを持たないものが好ましい。
しかし、上述したキャビティを持たない固体撮像装置は、気密封止は不要であるが、透明カバーとマイクロレンズ・アレイの間に配置される材料(以下、中間材料ともいう)の選定に注意が必要である。例えば、中間材料の屈折率をできるだけ低くして空気の屈折率(n=1)に近づける必要がある。また、中間材料と固体撮像素子を構成するシリコンと透明カバー(通常はガラスカバー)との熱膨張率の違いに起因する破損を抑制するため、中間材料の熱膨張率や、中間材料と透明カバーとの接着性について考慮しなければならない。中間材料の形成(充填)方法や、透明カバーと中間材料との接着方法についても同様である。
中間材料としては、従来は有機系材料(例えばエポキシ樹脂)が使用されているが、有機系材料には、吸湿性が高いため内部の固体撮像素子が湿気によって悪影響を受けやすい、熱膨脹率が大きく膨脹・収縮により剥離しやすい等の難点がある。そこで、中間材料を無機系材料とすることが望まれるが、上述した要求のすべてを満たすものを見出すのは容易ではない。
特許文献1に開示された固体撮像装置は、キャビティを持つものであり、また、特許文献1には、前記中間材料については何ら記載も示唆もされていない。
非特許文献1に開示された固体撮像装置では、前記中間材料として合成樹脂が使用されており、無機系材料は使用されていない。また、非特許文献1には、無機系材料の使用については何ら記載も示唆もされていない。
特許文献2に開示された固体撮像装置では、前記中間材料として、紫外線領域の短波長の光を吸収し且つ可視光線を透過する樹脂を使用している。そして、当該樹脂の具体例として、協立産業株式会社製のアクリル系透明樹脂(品番:XLV−14SG2)を挙げている。特許文献2にも、無機系材料の使用については何ら開示・示唆されていない。
中間材料に関して上述した問題点は、マイクロンズ・アレイを持たない固体撮像素子を用いた固体撮像装置についても同様に存在する。この種の固体撮像装置では、中間材料は固体撮像素子の平坦な撮像面と透明カバーの間の隙間に配置されるが、この場合も、中間材料の屈折率や熱膨張率や透明カバーとの接着性、中間材料の形成(充填)方法や透明カバーとの接着方法について、同様の問題がある。
さらに、中間材料に関して上述した問題点は、前記キャビティを持つ固体撮像装置においても同様に存在する。すなわち、この種の固体撮像装置では、前記中間材料によって画定される前記キャビティに気密性が要求されることから、中間材料の透明カバーとの接着性と気密封止性、中間材料の形成方法とパターン化方法、透明カバーとの接着方法について、同様の問題がある。
本発明は、これらの点を考慮してなされたものであって、その目的とするところは、透明カバーと固体撮像素子の撮像面との間に配置される中間材料に起因する難点(例えば吸湿性と熱膨脹率、屈折率)を防止することができると共に、当該中間材料の配置と透明カバーとの接合も容易である、前記キャビティを持たない固体撮像装置と、その製造方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、透明カバーと固体撮像素子の撮像面との間に配置される中間材料に起因する難点(例えば吸湿性と熱膨脹率)を防止することができると共に、中間材料の透明カバーとの接着性と気密封止性が良好であり、しかも、当該中間材料の配置及びパターン化と透明カバーとの接合も容易である、前記キャビティを持つ固体撮像装置と、その製造方法を提供することにある。
ここに明記しない本発明の他の目的は、以下の説明及び添付図面から明らかになるであろう。
(1) 本発明の第1の観点では、キャビティを持たない固体撮像装置が提供される。この固体撮像装置は、
透明カバーを含むパッケージ中にチップ状の固体撮像素子を封止してなる固体撮像装置であって、
撮像面を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記撮像面との間に隙間を介在させて前記撮像面の全面を覆うように形成された透明カバーと、
前記隙間に配置された、前記撮像面の全面を覆う無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜とを備え、
前記透明カバーは、前記透明SOG材料膜に直接または無機系または無機・有機ハイブリッドの他の透明SOG材料膜を介して接合されていることを特徴とするものである。
透明カバーを含むパッケージ中にチップ状の固体撮像素子を封止してなる固体撮像装置であって、
撮像面を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記撮像面との間に隙間を介在させて前記撮像面の全面を覆うように形成された透明カバーと、
前記隙間に配置された、前記撮像面の全面を覆う無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜とを備え、
前記透明カバーは、前記透明SOG材料膜に直接または無機系または無機・有機ハイブリッドの他の透明SOG材料膜を介して接合されていることを特徴とするものである。
(2) 本発明の第1の観点による固体撮像装置は、上述したように、固体撮像素子の撮像面と透明カバーとの間の隙間に、前記撮像面の全面を覆う無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜を配置している。つまり、前記撮像面と前記透明カバーとの間の隙間に配置される材料(中間材料)が、有機系でない透明SOG材料膜とされている。このため、当該中間材料が有機系材料であることに起因する難点、例えば、吸湿性が高いため内部の固体撮像素子が湿気によって悪影響を受けやすい、熱膨脹率が大きく膨脹・収縮により剥離しやすい等の難点を防止することができる。
また、前記透明SOG材料膜は、無機系または無機・有機ハイブリッドのスピン−オン−グラス(Spin-On-Glass)材料の膜であるから、前記透明SOG材料膜を形成する透明SOG材料を、公知のスピンコーティング法やスプレーコーティング法によって前記固体撮像素子の前記撮像面の全面を覆うように塗布することが可能であると共に、極めて平坦な表面(例えば、うねりが0.1μm以下の表面)が容易に得られる。また、これは、前記撮像面にマイクロレンズ・アレイによる凹凸が存在していても変わらない。前記透明SOG材料膜を形成する透明SOG材料は流動性を持つため、塗布の際にマイクロレンズ・アレイを当該透明SOG材料膜により容易に埋め込むことができるからである。その後、こうして塗布した透明SOG材料を加熱等により硬化させれば、前記撮像面の全面を覆う前記透明SOG材料膜が得られる。したがって、前記透明SOG材料膜の形成、換言すれば、前記中間材料の配置が容易である。
さらに、前記透明SOG材料膜の表面は極めて平坦であるので、前記透明カバーを、前記透明SOG材料膜(前記中間材料)に直接または無機系または無機・有機ハイブリッドの他の透明SOG材料膜を介して接合する処理も容易に行える。
なお、無機系または無機・有機ハイブリッドの前記透明SOG材料膜の屈折率nは、通常、n=1.4〜1.3程度であり、屈折率の点においても支障は生じない。また、前記透明SOG材料膜中に例えば微細な(ナノ・スケールの)気泡を包含させることによって、換言すれば、ナノポーラスな膜とすることによって、n=1.2程度まで下げることも可能であるから、前記透明SOG材料膜の屈折率に起因する影響を最小限に抑制することができる。
(3) 本発明の第1の観点による固体撮像装置の好ましい例では、前記透明SOG材料膜が、無機系であって、透明な非晶質シリカ(SiO2)膜(シリカガラス膜)あるいは透明な非晶質シリケート膜(シリケートガラス膜)とされる。
本発明の第1の観点による固体撮像装置のさらに他の好ましい例では、前記透明SOG材料膜が、無機系であって、複数の微細な気泡(ナノポア)を含む。換言すれば、前記透明SOG材料膜が無機系のポーラス(porous)な膜とされる。ここで「微細な気泡」とは、ナノメータ(nm)クラスの気泡(ナノポア)を意味する。したがって、前記透明SOG材料膜は無機系のナノポーラス(nano-porous)な膜と言うことができる。この例では、前記透明SOG材料膜の屈折率をいっそう下げて、空気の屈折率(n=1)に近づけることが可能となる利点がある。例えば、ナノポアを包含させない場合は、n=1.4程度であるが、ナノポアの生成によりこれをn=1.2程度まで下げることができる。
前記ナノポアの大きさは、例えば、10nm〜104nmの範囲とするのが好ましいが、前記固体撮像素子の撮像可能な光の波長よりも小さくする必要がある。前記ナノポアが撮像可能な光の波長よりも大きいかそれに等しいと、入射光が前記ナノポアの部分で反射する恐れがあるからである。前記固体撮像素子が可視光用であれば、前記ナノポアのサイズは380nm以下とするのが好ましく、前記固体撮像素子が赤外光用であれば、前記ナノポアのサイズは3000nm以下とするのが好ましい。
この例で使用可能な無機系ポーラス膜としては、上述した透明な非晶質シリカ膜(シリカガラス膜)や透明な非晶質シリケート膜(シリケートガラス膜)がある。しかし、これらには限定されない。
本発明の第1の観点による固体撮像装置のさらに他の好ましい例では、前記透明SOG材料膜が、無機・有機ハイブリッドであって、主鎖としてシリカ結合(Si−O−Si)を持ち、それに炭素を持つ有機成分が結合してなるポリシロキサン系材料より形成された透明な膜とされる。あるいは、フラーレン(例えばC60)またはカーボンナノチューブを埋入した無機・有機ハイブリッドの非晶質シリカ膜も使用可能である。
本発明の第1の観点による固体撮像装置のさらに他の好ましい例では、前記透明カバーが、前記透明SOG材料膜に他の透明SOG材料膜を介して接合され、前記他の透明SOG材料膜が、無機系であって、透明な非晶質シリカ膜または透明な非晶質シリケート膜とされる。
(4) 本発明の第2の観点では、キャビティを持たない固体撮像装置の製造方法が提供される。この固体撮像装置の製造方法は、
透明カバーを含むパッケージ中にチップ状の固体撮像素子を封止してなる固体撮像装置の製造方法であって、
撮像面を有する固体撮像素子を準備する工程と、
前記撮像面の全面を覆うように、無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜を形成する工程と、
前記透明SOG材料膜の表面上に直接または無機系または無機・有機ハイブリッドの他の透明SOG材料膜を介して、前記撮像面の全面を覆うように透明カバーを接合する工程とを備えていることを特徴とするものである。
透明カバーを含むパッケージ中にチップ状の固体撮像素子を封止してなる固体撮像装置の製造方法であって、
撮像面を有する固体撮像素子を準備する工程と、
前記撮像面の全面を覆うように、無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜を形成する工程と、
前記透明SOG材料膜の表面上に直接または無機系または無機・有機ハイブリッドの他の透明SOG材料膜を介して、前記撮像面の全面を覆うように透明カバーを接合する工程とを備えていることを特徴とするものである。
(5) 本発明の第2の観点による固体撮像装置の製造方法は、上述したように、固体撮像素子の撮像面の全面を覆うように無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜を形成してから、前記透明SOG材料膜の表面上に、直接または無機系または無機・有機ハイブリッドの他の透明SOG材料膜を介して、前記撮像面の全面を覆うように透明カバーを接合する。このため、本発明の第1の観点による固体撮像装置を製造することができる。
また、前記透明カバーと前記撮像面の間に配置される材料(中間材料)が、有機系でない透明SOG材料膜であるから、当該中間材料が有機系材料であることに起因する上述した難点を防止することができる。
さらに、前記透明SOG材料膜は、無機系または無機・有機ハイブリッドのスピン−オン−グラス材料の膜であるから、前記透明SOG材料膜を形成する透明SOG材料を、公知のスピンコーティング法やスプレーコーティング法によって前記固体撮像素子の前記撮像面の全面を覆うように塗布することが可能であると共に、極めて平坦な表面(例えば、うねりが0.1μm以下の表面)が容易に得られる。また、これは、前記撮像面にマイクロレンズ・アレイによる凹凸が存在していても変わらない。前記透明SOG材料膜を形成する透明SOG材料は流動性を持つため、塗布の際にマイクロレンズ・アレイを当該透明SOG材料膜により容易に埋め込むことができるからである。その後、こうして塗布した透明SOG材料を加熱等により硬化させれば、前記撮像面の全面を覆う前記透明SOG材料膜が得られる。したがって、前記透明SOG材料膜の形成、換言すれば、前記中間材料の配置が容易である。
前記透明SOG材料膜の表面は極めて平坦であるので、前記透明カバーの前記透明SOG材料膜または前記他の透明SOG材料膜(前記中間材料)への接合工程も容易に実施できる。
(6) 本発明の第2の観点による固体撮像装置の製造方法の好ましい例では、前記透明SOG材料膜を形成する工程が、Si−N(珪素−窒素)結合を持つシラザン化合物のポリマー(ポリシラザン、polysilazane)ですべての側鎖が水素(H)であるパーヒドロポリシラザン(perhydrosilazane)の膜を形成する工程と、当該パーヒドロポリシラザンの膜を焼成することによって透明な非晶質シリカ(SiO2)膜(シリカガラス膜)を形成する工程とを含む。
本発明の第2の観点による固体撮像装置の製造方法の他の好ましい例では、前記透明SOG材料膜を形成する工程が、Si−O(珪素−酸素)結合とSi−OH(珪素−水酸基)結合を持つシリケート(silicate)のポリマーの膜を形成する工程と、当該シリケートのポリマーの膜を焼成することによって透明な非晶質シリケート膜を形成する工程とを含む。
本発明の第2の観点による固体撮像装置の製造方法のさらに他の好ましい例では、前記透明SOG材料膜として、複数のナノポアを含む無機系の透明SOG材料膜(無機系透明ポーラスSOG材料膜)が使用される。ここで、「ナノポア」の意味するところとその好適なサイズは、本発明の第1の観点による固体撮像装置について(3)で上述したのと同じである。
本発明の第2の観点による固体撮像装置の製造方法のさらに他の好ましい例では、前記透明SOG材料膜として、無機・有機ハイブリッドであって、主鎖としてシリカ結合(Si−O−Si)を持ち、それに炭素を持つ有機成分が結合してなるポリシロキサン系材料よりなる透明な膜が使用される。あるいは、フラーレン(例えばC60)またはカーボンナノチューブを埋入した無機・有機ハイブリッドのシリカガラス膜も使用可能である。
本発明の第2の観点による固体撮像装置の製造方法のさらに他の好ましい例では、前記透明カバーが、前記透明SOG材料膜の表面に他の透明SOG材料膜を介して接合され、前記他の透明SOG材料膜として、無機系であって、透明な非晶質シリカ膜または透明な非晶質シリケート膜が使用される。
本発明の第2の観点による固体撮像装置の製造方法のさらに他の好ましい例では、前記透明カバーの前記透明無機系SOG材料膜(前記中間材料)への接着作業が、酸素プラズマを併用した陽極接合によって行われる。
(7) 本発明の第3の観点では、キャビティを持つ固体撮像装置が提供される。この固体撮像装置は、
透明カバーを含むパッケージ中にチップ状の固体撮像素子を封止してなる固体撮像装置であって、
撮像面を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記撮像面との間に隙間を介在させて前記撮像面の全面を覆うように形成された透明カバーと、
前記隙間に配置された、前記撮像面を囲むようにパターン化された無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜とを備え、
前記透明カバーは、直接または無機系または無機・有機ハイブリッドの他の透明SOG材料膜を介して前記透明SOG材料膜に接合されており、
前記透明SOG材料膜は、前記透明カバーと前記撮像面の間にキャビティを形成していることを特徴とするものである。
透明カバーを含むパッケージ中にチップ状の固体撮像素子を封止してなる固体撮像装置であって、
撮像面を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記撮像面との間に隙間を介在させて前記撮像面の全面を覆うように形成された透明カバーと、
前記隙間に配置された、前記撮像面を囲むようにパターン化された無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜とを備え、
前記透明カバーは、直接または無機系または無機・有機ハイブリッドの他の透明SOG材料膜を介して前記透明SOG材料膜に接合されており、
前記透明SOG材料膜は、前記透明カバーと前記撮像面の間にキャビティを形成していることを特徴とするものである。
(8) 本発明の第3の観点による固体撮像装置は、上述したように、固体撮像素子の撮像面と透明カバーとの間の隙間に、前記撮像面を囲むようにパターン化された無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜を配置している。つまり、前記撮像面と前記透明カバーとの間の隙間に配置される材料(中間材料)が、有機系でない透明SOG材料膜とされている。このため、当該中間材料が有機系材料であることに起因する難点、例えば、吸湿性が高いため内部の固体撮像素子が湿気によって悪影響を受けやすい、熱膨脹率が大きく膨脹・収縮により剥離しやすい等の難点を防止することができる。
また、前記透明SOG材料膜は、無機系または無機・有機ハイブリッドのスピン−オン−グラス材料の膜であるから、前記透明SOG材料膜を形成する透明SOG材料を、公知のスピンコーティング法やスプレーコーティング法によって前記固体撮像素子の前記撮像面の全面を覆うように塗布することが可能であると共に、極めて平坦な表面(例えば、うねりが0.1μm以下の表面)が容易に得られる。また、これは、前記撮像面にマイクロレンズ・アレイによる凹凸が存在していても変わらない。その後、こうして塗布した透明SOG材料を加熱等により硬化させてから、前記キャビティが形成されるようにパターン化すれば、前記透明SOG材料膜が得られる。したがって、前記透明SOG材料膜の形成、換言すれば、前記中間材料の配置及びパターン化が容易である。
さらに、前記透明SOG材料膜の表面は極めて平坦であるので、前記透明カバーを前記透明SOG材料膜(前記中間材料)に接合する処理が容易に行え、また、前記透明SOG材料膜を好適に選択することにより、良好な前記透明カバーとの接着性と良好な気密封止性が容易に得られる。
なお、前記透明SOG材料膜は、前記透明カバーと前記撮像面の間にキャビティを形成しているため、前記キャビティ中において前記透明SOG材料膜は前記撮像面上には存在しない。よって、前記透明SOG材料膜の屈折率に起因する問題は生じない。
(9) 本発明の第3の観点による固体撮像装置の好ましい例では、前記透明SOG材料膜が、無機系であって、透明な非晶質シリカ(SiO2)膜(シリカガラス膜)あるいは透明な非晶質シリケート膜(シリケートガラス膜)とされる。
上記(3)で述べたのと同様に、前記透明SOG材料膜が、無機系であって、複数の微細な気泡(ナノポア)を含んでもよい。
本発明の第3の観点による固体撮像装置のさらに他の好ましい例では、前記透明SOG材料膜が、無機・有機ハイブリッドであって、主鎖としてシリカ結合(Si−O−Si)を持ち、それに炭素を持つ有機成分が結合してなるポリシロキサン系材料より形成された透明な膜とされる。あるいは、フラーレン(例えばC60)またはカーボンナノチューブを埋入した無機・有機ハイブリッドの非晶質シリカ膜も使用可能である。
本発明の第3の観点による固体撮像装置のさらに他の好ましい例では、前記透明カバーが、前記透明SOG材料膜に直接接合され、前記キャビティが、前記透明SOG材料膜を選択的に除去することにより形成される。
本発明の第3の観点による固体撮像装置のさらに他の好ましい例では、前記透明カバーが、他の透明SOG材料膜を介して前記透明SOG材料膜に接合され、前記キャビティが、前記透明SOG材料膜と前記他の透明SOG材料膜の双方を選択的に除去することにより形成される。
本発明の第3の観点による固体撮像装置のさらに他の好ましい例では、前記透明カバーが、前記透明SOG材料膜に他の透明SOG材料膜を介して接合され、前記他の透明SOG材料膜が、無機系であって、透明な非晶質シリカ膜または透明な非晶質シリケート膜とされる。
本発明の第3の観点による固体撮像装置のさらに他の好ましい例では、前記透明カバーが、前記透明SOG材料膜に直接接合され、前記キャビティが、前記透明SOG材料膜を選択的に除去することにより形成される。
本発明の第3の観点による固体撮像装置のさらに他の好ましい例では、前記透明カバーが、他の透明SOG材料膜を介して前記透明SOG材料膜に接合され、前記キャビティが、前記透明SOG材料膜と前記他の透明SOG材料膜の双方を選択的に除去することにより形成される。
(10) 本発明の第4の観点では、キャビティを持つ固体撮像装置の製造方法が提供される。この固体撮像装置の製造方法は、
透明カバーを含むパッケージ中にチップ状の固体撮像素子を封止してなる固体撮像装置の製造方法であって、
撮像面を有する固体撮像素子を準備する工程と、
前記撮像面の全面を覆うように、無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜を形成する工程と、
前記撮像面を選択的に露出させるように前記透明SOG材料膜をパターン化する工程と、
パターン化された前記透明SOG材料膜の表面上に、直接または無機系または無機・有機ハイブリッドの他の透明SOG材料膜を介して、前記撮像面の全面を覆うように透明カバーを接合する工程とを備え、
前記透明SOG材料膜は、前記透明カバーと前記撮像面の間にキャビティを形成していることを特徴とするものである。
透明カバーを含むパッケージ中にチップ状の固体撮像素子を封止してなる固体撮像装置の製造方法であって、
撮像面を有する固体撮像素子を準備する工程と、
前記撮像面の全面を覆うように、無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜を形成する工程と、
前記撮像面を選択的に露出させるように前記透明SOG材料膜をパターン化する工程と、
パターン化された前記透明SOG材料膜の表面上に、直接または無機系または無機・有機ハイブリッドの他の透明SOG材料膜を介して、前記撮像面の全面を覆うように透明カバーを接合する工程とを備え、
前記透明SOG材料膜は、前記透明カバーと前記撮像面の間にキャビティを形成していることを特徴とするものである。
(11) 本発明の第4の観点による固体撮像装置の製造方法は、上述したように、固体撮像素子の撮像面の全面を覆うように無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜を形成してから、前記透明SOG材料膜を前記撮像面を選択的に露出させるようにパターン化し、その後、こうしたパターン化された前記透明SOG材料膜の表面上に、直接または無機系または無機・有機ハイブリッドの他の透明SOG材料膜を介して、前記撮像面の全面を覆うように透明カバーを接合する。このため、本発明の第3の観点による固体撮像装置を製造することができる。
また、前記透明カバーと前記撮像面の間に配置される材料(中間材料)が、有機系でない透明SOG材料膜であるから、当該中間材料が有機系材料であることに起因する上述した難点を防止することができる。
さらに、前記透明SOG材料膜は、無機系または無機・有機ハイブリッドのスピン−オン−グラス材料の膜であるから、前記透明SOG材料膜を形成する透明SOG材料を、公知のスピンコーティング法やスプレーコーティング法によって前記固体撮像素子の前記撮像面の全面を覆うように塗布することが可能であると共に、極めて平坦な表面(例えば、うねりが0.1μm以下の表面)が容易に得られる。また、これは、前記撮像面にマイクロレンズ・アレイによる凹凸が存在していても変わらない。
こうして塗布した透明SOG材料は、加熱等により硬化させてから、バッファード弗酸(BHF)等を用いれば、容易に所望パターンにエッチングができる。したがって、前記透明カバーと前記撮像面の間にキャビティを形成する前記透明SOG材料膜が容易に得られる。つまり、前記透明SOG材料膜の形成、換言すれば、前記中間材料の配置及びパターン化が容易である。
前記透明SOG材料膜の表面は極めて平坦であるので、前記透明カバーを前記透明SOG材料膜(前記中間材料)に接合する処理が容易に行え、また、前記透明SOG材料膜を好適に選択することにより、良好な前記透明カバーとの接着性と良好な気密封止性が容易に得られる。
(12) 本発明の第4の観点による固体撮像装置の製造方法の好ましい例では、前記透明SOG材料膜を形成する工程が、Si−N(珪素−窒素)結合を持つシラザン化合物のポリマー(ポリシラザン)ですべての側鎖が水素(H)であるパーヒドロポリシラザンの膜を形成する工程と、当該パーヒドロポリシラザンの膜を焼成することによって透明な非晶質シリカ(SiO2)膜(シリカガラス膜)を形成する工程とを含む。
本発明の第4の観点による固体撮像装置の製造方法の他の好ましい例では、前記透明SOG材料膜を形成する工程が、Si−O(珪素−酸素)結合とSi−OH(珪素−水酸基)結合を持つシリケート(silicate)のポリマーの膜を形成する工程と、当該シリケートのポリマーの膜を焼成することによって透明な非晶質シリケート膜を形成する工程とを含む。
本発明の第4の観点による固体撮像装置の製造方法のさらに他の好ましい例では、前記透明SOG材料膜として、複数のナノポアを含む無機系の透明SOG材料膜(無機系透明ポーラスSOG材料膜)が使用される。ここで、「ナノポア」の意味するところとその好適なサイズは、本発明の第1の観点による固体撮像装置について(3)で上述したのと同じである。
本発明の第4の観点による固体撮像装置の製造方法のさらに他の好ましい例では、前記透明SOG材料膜として、無機・有機ハイブリッドであって、主鎖としてシリカ結合(Si−O−Si)を持ち、それに炭素を持つ有機成分が結合してなるポリシロキサン系材料より形成された透明な膜が使用される。あるいは、フラーレン(例えばC60)またはカーボンナノチューブを埋入した無機・有機ハイブリッドのシリカガラス膜も使用可能である。
本発明の第4の観点による固体撮像装置の製造方法のさらに他の好ましい例では、前記透明カバーが、前記透明SOG材料膜の表面に他の透明SOG材料膜を介して接合され、前記他の透明SOG材料膜として、無機系であって、透明な非晶質シリカ膜または透明な非晶質シリケート膜が使用される。
本発明の第4の観点による固体撮像装置の製造方法のさらに他の好ましい例では、前記透明カバーが、前記透明SOG材料膜の表面に直接接合され、前記キャビティが、前記透明SOG材料膜を選択的に除去するようにパターン化することにより形成される。
本発明の第4の観点による固体撮像装置の製造方法のさらに他の好ましい例では、前記透明カバーが、他の透明SOG材料膜を介して前記透明SOG材料膜の表面に接合され、前記キャビティが、前記透明SOG材料膜と前記他の透明SOG材料膜の双方を選択的に除去するようにパターン化することにより形成される。
本発明の第4の観点による固体撮像装置の製造方法のさらに他の好ましい例では、前記透明カバーの前記透明無機系SOG材料膜(前記中間材料)への接着作業が、酸素プラズマを併用した陽極接合によって行われる。
(13) 本発明において、「固体撮像素子」は、任意のチップ状の固体撮像素子が使用可能である。固体撮像素子の撮像面にレンズ(マイクロレンズ)を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。また、カラーフィルタ(マイクロフィルタ)を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。
本発明において、「透明カバー」としては、特に限定されず、透明なカバーであれば任意のものが使用可能である。好ましくは、ボロシリケートガラス(B2O3/SiO2)が使用されるが、これに限定されるわけではない。具体的には、米国コーニング社の低膨脹ボロシリケートガラスである「パイレックス(Pyrex)(商品名、登録商標)」が好ましい。この「透明カバー」は、適度の剛性を持つ板状とする、例えば板状のボロシリケートガラスとするのが好ましい。前記SOG材料膜との接合作業が容易化されるからである。
本発明において、「透明SOG材料膜」は、SOG材料により形成された透明な膜の意味であり、「SOG材料」とはスピンコートによって形成可能なガラス材料の意味である。本発明では、無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜が使用される。
このような膜を形成する無機系SOG材料としては、種々のものがあるが、透明な非晶質シリカ(SiO2)(シリカガラス)が好ましい。非晶質シリカは、自動車、船舶、住宅、電子機器等の各種分野において防汚、防錆、下地保護、電気絶縁、平坦化等の目的で使用されるコーティング材として知られているものである。例えば、Si−N(珪素−窒素)結合を持つシラザンという化合物のポリマー(ポリシラザン、polysilazane)で、すべての側鎖が水素(H)であるパーヒドロポリシラザン(perhydrosilazane)を用いて、当該パーヒドロポリシラザンの膜を焼成することにより形成される非晶質シリカ膜が好適に使用できる。有限会社エクスシアが、「PHPS ポリシラザンコーティング」として提供している。
あるいは、米国ハネウェル社の無機SOG材料(燐ドープシリケート系)である「アキュグラス(Accuglass)(商品名)」、同社の無機SOG材料(シリケート系)である「アキュオプト−ティー(AccuOpto−T)(商品名)」も好適に使用できる。これらは、半導体分野において平坦化材料、絶縁膜材料として使用されているものである。
あるいは、特許第3254473号(特開2001−10844)による「シリカ・ベースのガラス状膜の製造方法及びこれに用いるコーティング剤」に開示された、シリカ・ベースのガラス状膜も使用可能である。このガラス状膜は、シリコン・アルコキシド、揮発性の有機酸及び揮発性の非水有機溶媒を含んでなる液体を加熱し、前記有機酸及び有機溶媒を揮発させて得られた高粘性液体を基体に塗布し、200℃以下で硬化させることにより、得られるものである。
本発明で使用可能な無機系ポーラス膜としては、上述したように、透明な非晶質シリカ膜(シリカガラス膜)や透明な非晶質シリケート膜(シリケートガラス膜)があるが、これらには限定されない。これら以外の無機系の透明SOG材料膜においても、ナノポアを形成することが可能だからである。
例えば、シリカゲルを作るのと同様の方法(ゲル法)でポーラスな非晶質シリカを生成した後、これを粉砕して微粉末とし、このポーラス非晶質シリカ微粉末を公知の無機系透明SOG材料に添加・混合することによって、ナノポアを含む無機系透明SOG材料膜が得られるからである。この点については、「ゲル法シリカの特徴と応用」と称する報告が日本シリカ工業株式会社から出されている(東ソー研究・技術報告第45巻(2001)、第65頁〜第69頁)。
また、特開2004−182492に開示された「球状マイクロポアシリカ多孔質粒子及びその製造方法」に開示された球状マイクロポアシリカ多孔質粒子も使用可能である。この球状マイクロポアシリカ多孔質粒子は、無毒性で、生分解性の非イオン性界面活性剤を使用し、シリカ源として安価なアルカリ珪酸塩を用いて得られるものであり、細孔径2nm以下のマイクロポアを0.25ml/g以上の細孔容積で有し、BET比表面積が600m2/g以上、BET解析法によるC定数が450以上、粒径が20ないし500μmの球状粒子である。
透明SOG材料膜を形成する無機・有機ハイブリッド材料としては、種々のものがあるが、無機成分を主とし、その無機成分に有機成分が結合された透明なSOG材料であれば、任意のものが使用可能である。例えば、主鎖としてシリカ結合(Si−O−Si)を持ち、それに炭素を持つ有機成分(例えばメチル基)が結合してなるポリシロキサン系材料が好適に使用できる。このようなポリシロキサン系無機・有機ハイブリッド材料は、鈴鹿富士ゼロックス株式会社が提供している。
あるいは、フラーレンを埋入したシリカガラス(シロキサン)も使用可能である。これは、フラーレン(例えばC60)にトリエトキシシランをヒドロシリル化した珪素誘導体をテトラエトキシシランと反応させて得られるものである。フラーレンに代えてカーボンナノチューブを埋入したシリカガラスも使用可能である。これらについては、東京理科大学工業化学科の阿部(芳)・郡司研究室のホームページ(http://www.rs.noda.tuc.ac.jp/gunjiweb/working/hybrid.html)に概要が記載されている。
「陽極接合」とは、一般に、ガラスとシリコンや金属等を重ねあわせ、熱と電圧を加えることにより密着接合する方法として知られているものである。その原理は、加熱すると同時に、ガラス側を陰極、シリコン側を陽極として電圧を印加することによって、ガラス中の陽イオンを陰極側に強制的に拡散させ、ガラスとシリコンの間に静電引力を発生させて密着を促すとともに、ガラスとシリコンを化学反応させて接合する、というものである。
本発明のキャビティを持たない固体撮像装置及びその製造方法では、(i)透明カバーと固体撮像素子の撮像面との間に配置される中間材料に起因する難点(例えば吸湿性と熱膨脹率、屈折率)を防止することができる、(ii)当該中間材料の配置と透明カバーとの接合が容易である、といった効果が得られる。
本発明のキャビティを持つ固体撮像装置及びその製造方法では、(i)透明カバーと固体撮像素子の撮像面との間に配置される中間材料に起因する難点(例えば吸湿性と熱膨脹率)を防止することができる、(ii)中間材料の透明カバーとの接着性と気密封止性が良好である、(iii)当該中間材料の配置及びパターン化と透明カバーとの接合が容易である、といった効果が得られる。
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置1の概略構成を示す断面図、図2はその表面側の外観図、図3はその裏面側の外観図である。
図1は、本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置1の概略構成を示す断面図、図2はその表面側の外観図、図3はその裏面側の外観図である。
(固体撮像装置の構成)
この固体撮像装置1は、図1に示すように、透明なガラスカバー60を含むチップサイズパッケージ(CSP)中にチップ状の固体撮像素子10を封止してなるものである。この固体撮像装置1は、撮像面25とガラスカバー60の間の隙間にキャビティを有していない。
この固体撮像装置1は、図1に示すように、透明なガラスカバー60を含むチップサイズパッケージ(CSP)中にチップ状の固体撮像素子10を封止してなるものである。この固体撮像装置1は、撮像面25とガラスカバー60の間の隙間にキャビティを有していない。
固体撮像素子10は、複数の受光素子(図示せず)と複数の受光領域23がその表面領域に形成されたシリコン基板11を備えている。これらの受光領域23と受光素子は、各画素PXに対して一つづつ形成されている。シリコン基板11には、その全表面を覆うように透明な層間絶縁膜12が形成されている。層間絶縁膜12の表面は、固体撮像素子10の撮像面25であって、アレイ状に配置された複数のマイクロレンズ22、すなわちマイクロレンズ・アレイ22Aが形成されている。これらのマイクロレンズ22は、撮像面25状において、各画素PXに対して一つづつ形成されている。各受光領域23は、層間絶縁膜12を介して対応するマイクロレンズ22に重なり合うように配置されている。各マイクロレンズ22の近傍には、R、G、B三色用の(あるいはこれら三色に黒色を加えた四色用の)マイクロフィルタ(カラーフィルタ)24が形成されている。
層間絶縁膜12の表面には、マイクロレンズ・アレイ22Aの外側の領域(撮像面25の周辺領域)において、複数の表面電極15が形成されている。これらの表面電極15は、各受光素子により生成された電気信号を固体撮像装置1の外部に引き出すためのもので、シリコン基板11の表面と層間絶縁膜12の内部に形成された引出用配線(図示せず)を介して、各受光素子(各受光領域23)と電気的に接続されている。
図1から明らかなように、撮像面25には、マイクロレンズ22と表面電極15に起因する凹凸が存在している。
層間絶縁膜12は、実際には積層された複数の絶縁膜から構成されているが、層間絶縁膜12の内部構造は本発明にとって重要ではないため、図1ではこれを単純化して描いている。
層間絶縁膜12の表面には、透明な無機系のナノポーラスSOG材料膜50が形成されており、層間絶縁膜12の全面を覆っている。ナノポーラスSOG材料膜50の厚さは、マイクロレンズ22と表面電極15のいずれの厚さよりも大きいから、マイクロレンズ・アレイ22Aと表面電極15はナノポーラスSOG材料膜50の中に埋め込まれている。したがって、ナノポーラスSOG材料膜50の表面は平坦である。
ナノポーラスSOG材料膜50の表面には、透明なガラスカバー60が形成されている。ガラスカバー60は、ここでは透明なボロシリケートガラス(B2O3/SiO2)板から構成されており、そのガラス板をナノポーラスSOG材料膜50の表面に「陽極接合」によって接合することにより、チップ状の固体撮像素子10と一体化されている。
なお、固体撮像素子10とナノポーラスSOG材料膜50とガラスカバー60からなる積層体の側面全体は、CSPの一部を構成する絶縁性合成樹脂(図示せず)によって覆われている。
層間絶縁膜12の内部には、各表面電極15の直下の位置に、当該層間絶縁膜12を貫通する透孔を有しており、それらの透孔にはそれぞれ導電性プラグ14が充填されている。また、シリコン基板11の内部にも、各表面電極15の直下の位置に、当該シリコン基板11を上下に貫通する透孔を有しており、それらの透孔にはそれぞれ導電性プラグ13が充填されている。各導電性プラグ13の全周は、対応する透孔の内壁に形成された絶縁膜16aで覆われていて、各導電性プラグ13とシリコン基板11とは対応する絶縁膜16aによって電気的に絶縁されている。各導電性プラグ14の上端及び下端は、その直上にある表面電極15とその直下にある導電性プラグ13にそれぞれ接触している。各導電性プラグ13の下端は、シリコン基板11の裏面から露出している。相互に接触せしめられた導電性プラグ14と13は、シリコン基板1の層間絶縁膜12の表面にある表面電極と、シリコン基板1の裏面にある配線膜18とを、シリコン基板1を貫通して電気的に相互接続する貫通電極を構成している。
シリコン基板11の裏面には、絶縁膜16bが形成されていて、露出している導電性プラグ13の下端を除く領域を覆っている。絶縁膜16bの表面には、複数の配線膜18が形成されている。各配線膜18は、シリコン基板11の裏面に露出せしめられた対応する導電性プラグ13の下端に接触している。
絶縁膜16bの表面には、配線膜18を覆うようにソルダーレジスト17が形成されている。ソルダーレジスト17には、各配線膜18と重なる位置に透孔が形成されていて、それら透孔の内部には導電性コンタクト19が充填されている。
ソルダーレジスト17の表面には、各導電性コンタクト19と重なる位置に、所定形状にパターン化された銅ペースト20が形成されている。そして、それら銅ペースト20の上には、それぞれ、外部電極としてのハンダボール21が形成されている。
このように、各表面電極15は、対応する導電性プラグ14及び13と、対応する配線膜18及び導電性コンタクト19とを介して、当該固体撮像装置1の裏面(図1では下面)にある対応する銅ペースト20及びハンダボール21に電気的に接続されている。
外部の光は、ガラスカバー60を通して固体撮像装置1の内部に入り、さらにポーラスSOG膜50とマイクロレンズ22とマイクロフィルタ24を通過して、各画素PXに設けられた受光素子(図示せず)の受光領域23に入射する。すると、入射光は各受光領域23において光電変換され、画素PX毎に入射光の強度に応じた電気信号が生成される。これらの電気信号は、画素PX毎に受光領域23に隣接して設けられた増幅素子(図示せず)によって増幅された後、図示しない引出用配線を介して表面電極15まで送られる。これらの電気信号は、さらに、各表面電極15に電気的に接続された導電性プラグ14、導電性プラグ13、配線膜18及び導電性コンタクト19を介して、対応する銅ペースト20及びハンダボール21まで導出される。
なお、上述した固体撮像素子10は、撮像面25に形成されたマイクロレンズ・アレイ22Aを含んでいるが、マイクロレンズ・アレイ22Aは含んでいなくてもよい。また、上述した固体撮像素子10は、マイクロフィルタ24を含んでいるが、マイクロフィルタ24は含んでいなくてもよい。
(固体撮像装置の製造方法)
次に、以上の構成を持つ固体撮像装置1の製造方法について説明する。
次に、以上の構成を持つ固体撮像装置1の製造方法について説明する。
以下に説明する製造方法の各工程は、いずれもウェハーレベルで実行されるものであり、最終工程では、図3に示すように、シリコンウェハー70上に複数の固体撮像装置1が同時に形成される。その後、碁盤状に形成されたスクライブライン71に沿ってシリコンウェハー70のダイシングを行い、各固体撮像装置1を相互に分離する。こうして、図1〜図3に示したチップ状の固体撮像装置1が製造される。しかし、ここでは、図示及び説明の簡単化のために、単一の固体撮像装置1についてのみ図示及び説明を行う。
まず最初に、図4に示すように、上述した構成の固体撮像素子10を準備する。この固体撮像素子10は、所定の試験を行って良品であることが確認されたものである。なお、図4では一つの固体撮像素子10を示しているが、実際は、上述したように、複数の固体撮像素子10がシリコンウェーハ70上に配置されているものである。
次に、図5に示すように、シリコン基板11の表面、正確に言えば層間絶縁膜12の表面(撮像面25)に、ナノポーラスSOG材料膜50を形成する。この工程は、大気中で室温にてSOG材料をスピンコーティング法(スプレー法でもよい)により塗布することで行う。こうして、SOG材料の塗膜が形成される。この塗膜の厚さは、マイクロレンズ・アレイ22Aと表面電極15をすべて埋め込むことができる程度の厚さとする。この時、ナノポーラスSOG材料膜50の表面は極めて平坦(例えば、うねりが0.1μm以下の表面)になる。
その後、当該SOG材料の塗膜を加熱して硬化させる、その際に空気中の水分や酸素と反応して、透明な非晶質シリカ(SiO2)膜(シリカガラス膜)に変化する。本発明は、このようなナノポアを含まない非晶質シリカ膜も使用可能である。しかし、本第1実施形態では、非晶質シリカ膜の屈折率を下げて空気の屈折率に近づけるため、ナノポアを含む非晶質シリカ膜を使用している。したがって、ナノポーラスSOG材料膜50は多数のナノポア(ナノスケールのポア)を含んでいるが、これらのナノポアは、当該SOG材料にポーラスな非晶質シリカ微粉末(微細な非晶質シリカ多孔質粒子)を添加・混合しておくことにより、容易に得られる。その具体的方法は、すでに上述したように、東ソー研究・技術報告第45巻(2001)、第65頁〜第69頁や、特開2004−182492号公報に開示されている。
ナノポアの大きさ(径)は、例えば、10nm〜104nmの範囲とするのが好ましいが、固体撮像素子10の撮像可能な光の波長よりも小さくする必要がある。ナノポアが撮像可能な光の波長よりも大きいかそれに等しいと、入射光がナノポアの部分で反射する恐れがあるからである。固体撮像素子10が可視光用であれば、ナノポアのサイズは380nm以下とするのが好ましく、固体撮像素子10が赤外光用であれば、ナノポアのサイズは3000nm以下とするのが好ましい。
このようにして、透明な非晶質シリカよりなるナノポーラスSOG材料膜50が得られる。
次に、図6に示すように、陽極接合装置のチャンバー(図示せず)内に、図5に示す構成を持つシリコン基板11を搬入し、シリコン基板11を静電力により下チャック81上に保持する。他方、同じく静電力によって、上チャック82にボロシリケートガラス板61を保持する。このボロシリケートガラス板61は、実際にはシリコンウェハー70と同じ大きさと同じ形状を持っている。つまり、このボロシリケートガラス板61は、実際にはガラスウェハーである。そして、当該チャンバー内で酸素(O2)プラズマを発生させ、アッシングを行う(O2プラズマアッシング)。これにより、ナノポーラスSOG材料膜50の表面50aとボロシリケートガラス板61の表面61aが活性化される。
その後、図7に示すように、ナノポーラスSOG材料膜50の表面50aとボロシリケートガラス板61の表面61aを接触させ、下チャック81と上チャック82を用いて所定圧力を印加しながら、ナノポーラスSOG材料膜50とボロシリケートガラス板61の陽極接合を、酸素プラズマの存在下で行う。電圧の印加は、シリコン基板11が陽極に、ボロシリケートガラス板61が陰極になるように行う。その際の条件は、例えば、温度=160℃、印加電圧=100V、印加圧力=1000N、電圧及び圧力の印加時間=5分である。こうすることにより、接合面83、すなわち、ナノポーラスSOG材料膜50の表面50aとボロシリケートガラス板61の表面61aの接合部において、ナノポーラスSOG材料膜50とボロシリケートガラス板61は強固に接合される。
こうして、ガラスカバー60を形成するボロシリケートガラス板61の接合が終了すると、続いて、図8に示すように、シリコン基板11とナノポーラスSOG材料膜50とボロシリケートガラス板61からなる積層体を、粘着剤85を用いてハンドリング用ホルダ84に取り付ける。これは、次に行われるシリコン基板11の加工(処理)を容易にするためである。なお、図8では、ホルダ84はシリコン基板11よりも少し大きい程度に描かれているが、実際のホルダ84の大きさは、シリコンウェハー70よりも大きい。そして、シリコン基板11を薄くするために、所定厚さ(例えば100μm〜50μm)になるまでシリコン基板11をその裏面側から除去する。この工程は、CMP(Chemical Mechanical Polishing)や公知のドライあるいはウェットエッチングにより行うことができる。
次に、パターン化されたレジスト膜をマスクとして、薄くされたシリコン基板11をその裏面側から選択的にエッチングして、図9に示すように、シリコン基板11を貫通する透孔31を複数個、形成する。透孔31の上端は、層間絶縁膜12の裏面まで達している。これらの透孔31の形成位置は、各表面電極15の直下である。この工程は、RIE(Reactive Ion Etching)、ICE(Inductively Coupled Etching)等のエッチングにより行うことができる。しかし、レーザー加工、陽極酸化等の方法で行ってもよい。
次に、同じレジスト膜を用いて、再度、シリコン基板11をその裏面側から選択的にエッチングして、図10に示すように、層間絶縁膜12を貫通する透孔32を複数個、形成する。透孔32の上端は、表面電極15の裏面まで達している。これらの透孔32の形成位置は、各表面電極15の直下であり、各透孔31に重なる位置である。この工程も、RIE、ICE等のエッチングにより行うことができるが、レーザー加工、陽極酸化等の方法で行ってもよい。各透孔32は、対応する透孔31と連通している。
次に、シリコン基板11を熱酸化し、図11に示すように、シリコン基板11の露出面に絶縁膜16a及び16bとしての二酸化シリコン膜(SiO2)を形成する。絶縁膜16aは、透孔31の内壁を覆っている。絶縁膜16bは、透孔31のある箇所を除いて、シリコン基板11の裏面全体を覆っている。
次に、図12に示すように、透孔31及び32にポリシリコンを充填し、導電性プラグ13及び14を形成する。この工程は、CVD(Chemical Vapor Deposition)によりシリコン基板11の裏面にポリシリコンを堆積した後、これをエッチバックすることにより行うことができる。ポリシリコンの堆積厚さは、透孔31及び32がポリシリコンで充填される程度の厚さにする必要がある。
次に、図13に示すように、絶縁膜16bの表面にパターン化された配線膜18を形成する。各配線膜18は、対応する導電性プラグ13に接触している。この工程は、スパッタリング、メッキ、ペースト等により金属膜を選択的に形成することにより、行うことができる。
その後、絶縁膜16bの表面にソルダーレジスト17を形成し、配線膜18を覆う。そして、ソルダーレジスト17の所定箇所に透孔を形成してから、その中に導電性材料を埋め込み、導電性コンタクト19を形成する。各導電性コンタクト19は、対応する配線膜18に接触している。なお、ソルダーレジスト17の表面は平坦化されている。この時の状態は図13に示すようになる。
次に、図14に示すように、ソルダーレジスト17の表面にパターン化された銅ペースト20を複数個、形成する。各銅ペースト20は、対応する導電性コンタクト19に接触している。その後、各銅ペースト20の上にハンダボール21を形成する。
このようにしてシリコンウェハー70上に複数の固体撮像装置1が形成されると、碁盤状に形成されたスクライブライン71に沿ってシリコンウェハー70のダイシングを行い、各固体撮像装置1は相互に分離される。こうして、図1に示す固体撮像装置1が得られる。
実際の製造工程では、その後に、固体撮像装置1の側面全体がCSPの一部を構成する絶縁性合成樹脂(図示せず)で覆われる。こうして製造工程が終了する。
以上述べたように、本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置1は、固体撮像素子10のマイクロレンズ・アレイ22Aと透明ガラスカバー60との間の隙間に、マイクロレンズ・アレイ22A(撮像面25)の全面を覆う透明無機系のナノポーラスSOG材料膜50を配置している。つまり、マイクロレンズ・アレイ22A(撮像面25)とガラスカバー60との間の隙間に配置される膜50(中間材料)が、有機物を含まない透明無機系ナノポーラスSOG材料膜とされている。このため、当該中間材料が有機系材料であることに起因する難点、例えば、吸湿性が高いため内部の固体撮像素子1が湿気によって悪影響を受けやすい、熱膨脹率が大きく膨脹・収縮により剥離しやすい等の難点を防止することができる。
また、前記ナノポーラスSOG材料は、スピン−オン−グラス材料であるから、公知のスピンコーティング法やスプレーコーティング法によってマイクロレンズ・アレイ22A(撮像面25)上を覆うように固体撮像素子10上に塗布することが可能である。また、その際に、マイクロレンズ・アレイ22Aを前記ナノポーラスSOG材料中に埋め込むことも容易である。その後、前記ナノポーラスSOG材料を加熱して硬化させれば、マイクロレンズ・アレイ22Aの全面を覆う透明無機系ナノポーラスSOG材料膜50が得られる。したがって、前記中間材料の配置作業が容易である。
さらに、透明無機系ナノポーラスSOG材料膜50と透明ガラスカバー60は、陽極接合によって相互に接合されているので、透明ガラスカバー60の接着作業も容易である。
なお、前記透明無機系ナノポーラスSOG材料材料の屈折率は、通常、n=1.4〜1.3程度であるが、本第1実施形態では、これにナノポアを包含させることによってn=1.2程度まで下げている。したがって、屈折率の点においても支障は生じない。
また、上述したところから明らかなように、第1実施形態の固体撮像装置1は、全体がハーメチック封止されている。つまり、固体撮像素子10の撮像面25とガラスカバー60との間の隙間にナノポーラスSOG材料膜50が充填されており、当該隙間が完全に封止されている。したがって、外部環境の影響を受け難い、という利点がある。
(第2実施形態)
図15は、本発明の第2実施形態に係る固体撮像装置1Aの概略構成を示す断面図である。
図15は、本発明の第2実施形態に係る固体撮像装置1Aの概略構成を示す断面図である。
本実施形態の固体撮像装置1Aは、透明なナノポーラスSOG材料膜50に代えて、二つの透明なナノポーラスSOG材料膜50a及び50bとそれらの間に挟まれた透明な合成樹脂膜51を設けた点と、マイクロレンズ22とマイクロフィルタ24を除いた点を除き、キャビティを持たない第1実施形態の固体撮像装置1と同じ構成である。したがって、図1に示した第1実施形態の固体撮像装置1と同じ符号を付してその説明を省略する。なお、図15では、マイクロレンズ22とマイクロフィルタ24を持たない固体撮像素子を10’で示している。
固体撮像装置1Aでは、シリコン基板11の層間絶縁膜12の表面(撮像面25)に、第1実施形態の固体撮像装置1のナノポーラスSOG材料50と同じナノポーラスSOG材料膜50aを形成している。そして、ナノポーラスSOG材料膜50aの表面に薄い合成樹脂膜51を形成してから、その表面にナノポーラスSOG材料膜50b(これは他の透明SOG材料膜に対応する)を形成している。ナノポーラスSOG材料膜50aと50bの材質は、同じでもよいし異なっていてもよい。屈折率は少し上昇するが、ナノポーラスSOG材料膜50aと50bのいずれか一方または双方に代えて、ポーラスでないSOG膜を用いてもよい。
合成樹脂膜51としては、ポリイミドアミドシラン等が使用可能である。
このように、ナノポーラスSOG材料膜の数は、必要に応じて任意に調整することが可能である。ただし、通常は、隣接するナノポーラスSOG材料膜の間には合成樹脂膜51等の合成樹脂膜を介在させるのが好ましい。その理由は、ナノポーラスSOG材料膜50aと50bの間の接着性を向上させるためである。したがって、これら二つのSOG材料膜の接着性が良好であれば、合成樹脂膜51は省略することが可能である。
第2実施形態の固体撮像装置1Aも、全体がハーメチック封止されている。つまり、固体撮像素子10の撮像面25とガラスカバー60との間の隙間にナノポーラスSOG材料膜50a及び50bが充填されており、当該隙間が完全に封止されている。また、薄い合成樹脂膜51を使用したことによる影響は、無視できる程度である。したがって、第1実施形態の固体撮像装置1と同様に、外部環境の影響を受け難い、という利点がある。
(第3実施形態)
本発明の第3実施形態に係る固体撮像装置は、上述した第1実施形態の固体撮像装置1において使用した透明なナノポーラスSOG材料膜50に代えて、無機・有機ハイブリッドの透明なSOG材料膜を使用しており、それ以外の構成及び製造方法は第1実施形態と同じである。従って、その構成及び製造方法に関する説明は省略する。
本発明の第3実施形態に係る固体撮像装置は、上述した第1実施形態の固体撮像装置1において使用した透明なナノポーラスSOG材料膜50に代えて、無機・有機ハイブリッドの透明なSOG材料膜を使用しており、それ以外の構成及び製造方法は第1実施形態と同じである。従って、その構成及び製造方法に関する説明は省略する。
本第3実施形態で使用する無機・有機ハイブリッド材料としては、主鎖としてシリカ結合(Si−O−Si)を持ち、それに炭素を持つ有機成分(例えばメチル基)が結合してなるポリシロキサン系材料(鈴鹿富士ゼロックス株式会社提供)を使用する。しかし、無機成分を主とし、その無機成分に有機成分が結合された透明なSOG材料であれば、これ以外の無機・有機ハイブリッド材料も使用可能である。
無機・有機ハイブリッド材料は、無機材料と有機材料の双方の特性を活かすことができる材料であるから、撮像面25とガラスカバー60の間に配置される中間材料に要求される性能に適合した材料を選択しやすい、という利点がある。
第3実施形態の固体撮像装置も、全体がハーメチック封止されているから、第1実施形態の固体撮像装置1と同様に、外部環境の影響を受け難い、という利点がある。
(第4実施形態)
図16は、本発明の第4実施形態に係る固体撮像装置1Bの概略構成を示す断面図である。
図16は、本発明の第4実施形態に係る固体撮像装置1Bの概略構成を示す断面図である。
本実施形態の固体撮像装置1Bは、第2実施形態に係る固体撮像装置1A(図15参照)において、二つの透明ナノポーラスSOG材料膜50a及び50bとそれらの間に挟まれた透明合成樹脂膜51に対して、さらに透明BPSG(Boro-Phospho-Silicate Glass)膜50cと透明合成樹脂膜52を追加したものに相当する。つまり、固体撮像素子10の透明な層間絶縁膜12の表面(撮像面25)にナノポーラスSOG材料膜50aが形成され、その上に合成樹脂膜51、その上にナノポーラスSOG材料膜50b、その上に合成樹脂膜52、その上に公知のBPSG膜50cが形成されている。この点以外は第1実施形態の固体撮像装置1と同じ構成である。
この固体撮像装置1Bでは、ナノポーラスSOG材料膜50bの表面に薄い合成樹脂膜52を形成してから、その表面にBPSG膜50cを形成している。なお、ここで使用しているBPSG膜50cは、ボロンと燐を含有するシリケートガラス膜であり、SOG材料膜の一つである。
このように、撮像面25とガラスカバー60の間の隙間に配置(充填)される中間材料を三つのSOG材料膜50a、50b及び50cからなる三層構造としてもよい。
この三層構造は、例えば、次のようにして実現される。まず、固体撮像素子10の撮像面25上に、ナノポーラスSOG材料膜50a用のSOG材料をスピンコーティング法で所定膜厚となるように塗布し、次に、これを加熱等によって硬化させてナノポーラスSOG材料膜50aとする。続いて、ナノポーラスSOG材料膜50aの表面に薄い合成樹脂膜51を形成してから、ナノポーラスSOG材料膜50b用のSOG材料をスピンコーティング法で所定膜厚となるように塗布し、次に、これを加熱等によって硬化させてナノポーラスSOG材料膜50bとする。さらに、ナノポーラスSOG材料膜50bの表面に薄い合成樹脂膜52を形成してから、BPSG膜50c用のSOG材料をスピンコーティング法で所定膜厚となるように塗布し、次に、これを加熱等によって硬化させてBPSG膜50cとするのである。その後、ガラスカバー60は、BPSG膜50cの表面に接着せしめられる。
第4実施形態の固体撮像装置1Bも、全体がハーメチック封止されている。つまり、固体撮像素子10の撮像面25とガラスカバー60との間の隙間にナノポーラスSOG材料膜50a及び50bとBPSG膜50cが充填されており、当該隙間が完全に封止されている。また、薄い合成樹脂膜51及び52を使用したことによる影響は、無視できる程度である。したがって、第1実施形態の固体撮像装置1と同様に、外部環境の影響を受け難い、という利点がある。
(第5実施形態)
図17は、本発明の第5実施形態に係る固体撮像装置1Cの概略構成を示す断面図である。
図17は、本発明の第5実施形態に係る固体撮像装置1Cの概略構成を示す断面図である。
本実施形態の固体撮像装置1Cは、ガラスカバー60が、比較的厚く透明な合成樹脂膜53を介してナノポーラスSOG材料膜50bの表面に接合されている点を除き、第2実施形態に係る固体撮像装置1Aと同じ構成である。
合成樹脂膜53は、接着剤としての作用を持つものであるから、ガラスカバー60は合成樹脂膜53によってナノポーラスSOG材料膜50bの表面に接着されている、と言うことができる。この場合、第1実施形態において使用された「陽極接合」を使用しなくてもよい、という利点がある。合成樹脂膜53を介在させることにより生じる屈折率への影響は、無視できる程度であるから、撮像性能の面では合成樹脂膜53の使用によって支障は生じない。
第5実施形態の固体撮像装置1Cは、固体撮像素子10の撮像面25とガラスカバー60との間の隙間にナノポーラスSOG材料膜50a及び50bが充填されているが、当該隙間は完全に封止されているとは言えない。つまり、ハーメチック封止とは言えない。これは、比較的厚い合成樹脂膜53が使用されているため、この合成樹脂膜53を介して水分が侵入する可能性があるからである。このように、固体撮像装置1Cは、上述した第1〜第4の実施形態の固体撮像装置に比べると、外部環境の影響を多少受けやすいが、合成樹脂膜53の使用によりガラスカバー60の接合が容易に行える、という利点がある。
(第6実施形態)
図18は、本発明の第6実施形態に係る固体撮像装置1Dの概略構成を示す断面図である。この固体撮像装置1Dは、上述した第1〜第5実施形態に係る固体撮像装置とは異なり、撮像面25とガラスカバー60の間の隙間にキャビティ55を有している。
図18は、本発明の第6実施形態に係る固体撮像装置1Dの概略構成を示す断面図である。この固体撮像装置1Dは、上述した第1〜第5実施形態に係る固体撮像装置とは異なり、撮像面25とガラスカバー60の間の隙間にキャビティ55を有している。
第6実施形態の固体撮像装置1Dは、図18に示しているように、第2実施形態の固体撮像装置1A(図15を参照)bにキャビティ55を追加した構成である。すなわち、固体撮像素子10の撮像面25に近い位置にあるナノポーラスSOG材料膜50aと、それに隣接する合成樹脂膜51とを選択的に除去し、両者が除去された箇所にキャビティ55を形成している。キャビティ55の平面形状は矩形である(図25を参照)。
キャビティ55は次のようにして形成される。まず、撮像面25上にナノポーラスSOG材料膜50a用のSOG材料を塗布してからこれを硬化させることによって、ナノポーラスSOG材料膜50aを形成する。次に、ナノポーラスSOG材料膜50aを選択的にエッチングして、マイクロレンズ・アレイ22Aを露出させる。他方、ガラスカバー60の接合側の平面に、ナノポーラスSOG材料膜50b用のSOG材料を塗布してからこれを硬化させることによって、ナノポーラスSOG材料膜50bを形成する。そして、合成樹脂膜51を残存するナノポーラスSOG材料膜50aの表面に形成してから、あるいは、ガラスカバー60側のナノポーラスSOG材料膜50bの露出面に形成してから、ナノポーラスSOG材料膜50aとナノポーラスSOG材料膜50bを接着させる。こうして、撮像面25とガラスカバー60の間の隙間にキャビティ55が形成される。ナノポーラスSOG材料膜50a及び50bは、合成樹脂膜51によって強固に接合されるので、当該接合面の気密封止性は良好である。
キャビティ55の内部は、必要に応じて、空気または窒素ガスが封入され、あるいは、所定レベルの真空状態(低真空状態)に保持される。これは、固体撮像素子10へのガラスカバー60の接着工程を大気、窒素ガス、あるいは真空雰囲気中で実施することにより、容易に実現される。
本発明の第6実施形態に係る固体撮像装置1Dは、上述したように、固体撮像素子10の撮像面25とガラスカバー60との間の隙間に、撮像面25を囲むようにパターン化された無機系の透明SOG材料膜50a及び50bを配置している。つまり、撮像面25とガラスカバー60との間の隙間に配置される材料(中間材料)が、有機系でない透明SOG材料膜50a及び50bとされている。このため、当該中間材料が有機系材料であることに起因する難点、例えば、吸湿性が高いため内部の固体撮像素子10が湿気によって悪影響を受けやすい、熱膨脹率が大きく膨脹・収縮により剥離しやすい等の難点を防止することができる。
また、透明SOG材料膜50aは、無機系のスピン−オン−グラス材料の膜であるから、透明SOG材料膜50aを形成する透明SOG材料を、公知のスピンコーティング法やスプレーコーティング法によって固体撮像素子10の撮像面25の全面を覆うように塗布することが可能であると共に、極めて平坦な表面(例えば、うねりが0.1μm以下の表面)が容易に得られる。これは、撮像面25にマイクロレンズ・アレイ22Aによる凹凸が存在していても変わらない。その後、こうして塗布した透明SOG材料50aを加熱等により硬化させてから、キャビティ55が形成されるようにパターン化すれば、透明SOG材料膜50aが得られる。
また、透明SOG材料膜50bも、無機系のスピン−オン−グラス材料の膜であるから、透明SOG材料膜50bを形成する透明SOG材料を、公知のスピンコーティング法やスプレーコーティング法によってガラスカバー60の接合側の全面に塗布することが可能であると共に、極めて平坦な表面(例えば、うねりが0.1μm以下の表面)が容易に得られる。その後、こうして塗布した透明SOG材料50bを加熱等により硬化させれば、透明SOG材料膜50bが得られる。
したがって、透明SOG材料膜50a及び50bの形成、換言すれば、前記中間材料の配置及びパターン化が容易である。
さらに、透明SOG材料膜50a及び50bの表面は極めて平坦であるので、ガラスカバー60上の透明SOG材料膜50bを透明SOG材料膜50aに接合する処理が容易に行え、また、透明SOG材料膜50a及び50bを好適に選択することにより、良好なガラスカバー60との接着性と良好な気密封止性が容易に得られる。
上述したところから明らかなように、第6実施形態の固体撮像装置1Dでは、キャビティ55がハーメチック封止されている。つまり、固体撮像素子10の撮像面25とガラスカバー60との間の隙間にナノポーラスSOG材料膜50a及び50bが配置されており、ナノポーラスSOG材料膜50bを部分的に除去してキャビティ55が形成されているため、キャビティ55が完全に封止されている。したがって、外部環境の影響を受け難い、という利点がある。
なお、本第6実施形態では、キャビティ55を、固体撮像素子10の撮像面25とガラスカバー60との間の隙間に配置されたナノポーラスSOG材料膜50aのみを部分的に除去して形成しているが、本発明はこれに限定されない。ナノポーラスSOG材料膜50a及び50bの双方を部分的に除去することによって、キャビティ55を形成してもよい(図25の第9実施形態を参照)。
(第7実施形態)
図19は、本発明の第7実施形態に係る固体撮像装置1Eの概略構成を示す断面図である。この固体撮像装置1Eも、撮像面25とガラスカバー60の間の隙間にキャビティ55を有している。
図19は、本発明の第7実施形態に係る固体撮像装置1Eの概略構成を示す断面図である。この固体撮像装置1Eも、撮像面25とガラスカバー60の間の隙間にキャビティ55を有している。
第7実施形態の固体撮像装置1Eは、第6実施形態の固体撮像装置1D(図18を参照)において合成樹脂膜51とマイクロレンズ22とマイクロフィルタ24を除去した構成である。固体撮像素子10’側にあるナノポーラスSOG材料膜50aと、ガラスカバー60側にあるナノポーラスSOG材料膜50bとが、接着剤を使用せずに直接的に接合されている。
このように、接着剤として作用する合成樹脂膜51を使用しないで強固に接着され、所望の気密封止性が得られるナノポーラスSOG材料膜50a及び50bとしては、例えば、上述した「PHPS ポリシラザンコーティング」(有限会社エクスシアが提供)により得られる非晶質シリカ膜や、燐ドープ非晶質シリカ膜、ボロン・燐ドープ非晶質シリカ膜にナノポアを形成したものが挙げられる。
上述したところから明らかなように、第7実施形態の固体撮像装置1Eでは、第6実施形態の場合と同様に、キャビティ55がハーメチック封止されている。したがって、外部環境の影響を受け難い、という利点がある。
(第8実施形態)
図20は、本発明の第8実施形態に係る固体撮像装置1Fの概略構成を示す断面図である。この固体撮像装置1Fも、撮像面25とガラスカバー60の間の隙間にキャビティ55を有している。固体撮像装置1Fの表面には、図26に示すように、透明なガラスカバー60を介して矩形のキャビティ55が存在する。
図20は、本発明の第8実施形態に係る固体撮像装置1Fの概略構成を示す断面図である。この固体撮像装置1Fも、撮像面25とガラスカバー60の間の隙間にキャビティ55を有している。固体撮像装置1Fの表面には、図26に示すように、透明なガラスカバー60を介して矩形のキャビティ55が存在する。
第8実施形態の固体撮像装置1Fは、第6実施形態の固体撮像装置1D(図18を参照)においてナノポーラスSOG材料膜50bと合成樹脂膜51を除去した構成に相当する。すなわち、ガラスカバー60と、固体撮像素子10側にあるSOG材料膜54とが、接着剤を使用せずに直接的に接合されている。ただし、SOG材料膜54がナノポーラスではない点で、ナノポーラスSOG材料膜50bとは異なっている。これは、マイクロレンズ・アレイ22Aを露出させるように、換言すれば、キャビティ55を形成するように、SOG材料膜54が選択的に除去されているため、入射光がSOG材料膜54を透過することがなく、したがって、屈折率を低下させるためにSOG材料膜54をナノポーラスとする必要がないためである。しかし、SOG材料膜54がナノポーラスであってもよいことは言うまでもない。
第8実施形態の固体撮像装置1Fの構成は、第1実施形態の固体撮像装置1において、ナノポーラスSOG材料膜50をナノポーラスでないSOG材料膜54に代え、さらにキャビティ55を追加した構成に相当する、とも言うことができる。
このように、接着剤として作用する合成樹脂膜を使用しないでガラスカバー60と強固に接着され、所望の気密封止性が得られるSOG材料膜54としては、例えば、上述した「PHPS ポリシラザンコーティング」(有限会社エクスシアが提供)により得られる非晶質シリカ膜や、燐ドープ非晶質シリカ膜、ボロン・燐ドープ非晶質シリカ膜などが挙げられる。
次に、第8実施形態の固体撮像装置1Fの製造方法について説明する。
まず、第1実施形態の固体撮像装置1の場合と同様にして、図21に示す構造(これは図5に示す構造に相当する)、すなわち、貫通電極形成前の固体撮像素子10aの撮像面25に、所定厚さでSOG材料膜54が形成された構造を得る。SOG材料膜54は、マイクロレンズ・アレイ22Aと表面電極15を内部に埋め込むことができる厚さとする。
次に、図22に示すように、SOG材料膜54の表面に、キャビティ55の平面形状となるようにパターン化されたマスク56を形成する。そして、マスク56を用いて、例えばバッファード弗酸(BHF)によってSOG材料膜54を選択的にエッチング除去する。この時、有機材料で形成されたマイクロレンズ22と層間絶縁膜12は、エッチング作用の影響を受けないので、好都合である。その結果、図22に示すように、マイクロレンズ・アレイ22Aが露出し、表面電極15がSOG材料膜54中に埋設された状態が得られる。
次に、マスク56を除去してから、パターン化されたSOG材料膜54の表面にボロシリケートガラス板61を接合する。この時の状態は図23に示すようになる。この接合は、第1実施形態で使用された「陽極接合」で行ってもよいが、良好な接着性と所望の気密封止性が得られるようにSOG材料膜54とガラスカバー60の材質を組み合わせれば、「陽極接合」以外の方法で直接的に接合することも可能である。
例えば、ガラス材料に接着し強固な特性を示すAl−Ge系合金ろう材の溶融接合法、低融点系の鉛系ガラスの溶融接合などが使用可能である。
その後の工程は、第1実施形態の場合と同じである。すなわち、ガラスカバー60の接合面83とは反対側の面において、シリコン基板11とSOG材料膜54とボロシリケートガラス板61からなる積層体を、粘着剤85を用いてハンドリング用ホルダ84に取り付けてから、シリコン基板11の薄板化、シリコン基板11への貫通電極の形成、外部電極としてのハンダボール21の形成の各工程を実施する。こうして、図24に示す構造(これは図14に示す構造に相当する)が得られる。
このようにしてシリコンウェハー70上に複数の固体撮像装置1Fが得られると、碁盤状に形成されたスクライブライン71に沿ってシリコンウェハー70のダイシングを行い、各固体撮像装置1Fは相互に分離される。こうして、図20及び図25に示す構成の固体撮像装置1Fが得られる。
実際の製造工程では、その後に、固体撮像装置1Fの側面全体がCSPの一部を構成する絶縁性合成樹脂(図示せず)で覆われる。こうして製造工程が終了する。
上述したところから明らかなように、第8実施形態の固体撮像装置1Fでは、キャビティ55がハーメチック封止されている。つまり、強固に接合された撮像面25とガラスカバー60との間の隙間に、ナノポーラスでないSOG材料膜54が配置されており、そのSOG材料膜54を部分的に除去してキャビティ55が形成されているため、キャビティ55は完全に封止されている。したがって、外部環境の影響を受け難い、という利点がある。
(第9実施形態)
図25は、本発明の第9実施形態に係る固体撮像装置1Gの概略構成を示す断面図である。この固体撮像装置1Gも、撮像面25とガラスカバー60の間の隙間にキャビティ55を有している。
図25は、本発明の第9実施形態に係る固体撮像装置1Gの概略構成を示す断面図である。この固体撮像装置1Gも、撮像面25とガラスカバー60の間の隙間にキャビティ55を有している。
第9実施形態の固体撮像装置1Gは、図25に示しているように、上記第6実施形態の固体撮像装置1D(図18を参照)において、ナノポーラスSOG材料膜50a及び50bの双方を部分的に除去することによって、キャビティ55を形成したものである。それ以外の構成は、第6実施形態の固体撮像装置1Dと同じである。
固体撮像装置1Gでは、キャビティ55の高さ(厚さ)が、ナノポーラスSOG材料膜50a及び50bの膜厚の和に等しくなるため、ガラスカバー60の固体撮像素子10側の平面と撮像面25との距離が、第6実施形態の固体撮像装置1Dの場合よりも長くなっている。
このようなキャビティ55は、同じマスクを用いてナノポーラスSOG材料膜50a及び50bの双方を連続的にエッチングすることにより、容易に得ることができる。例えば、エッチャントとしてバッファード弗酸(BHF)を用いれば、このようなエッチングは容易に実現可能である。
第9実施形態の固体撮像装置1Gにおいても、キャビティ55がハーメチック封止されている。つまり、強固に接合された撮像面25とガラスカバー60との間の隙間に、ナノポーラスSOG材料膜50a及び50bが積層して配置されており、それらのナノポーラスSOG材料膜50a及び50bを選択的に除去してキャビティ55が形成されているため、キャビティ55は完全に封止されている。したがって、外部環境の影響を受け難い、という利点がある。
(変形例)
上述した第1〜第9の実施形態は本発明を具体化した例を示すものであり、したがって本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。例えば、上述した実施形態では、ナノポーラスSOG材料膜を一つあるいは二つ使用しているが、ナノポアを含まない(ナノポーラスでない)SOG材料膜を使用してもよいことは言うまでもない。また、ナノポーラスSOG材料膜とナノポアを含まない(ナノポーラスでない)SOG材料膜を混合使用してもよい。無機系ナノポーラスSOG材料膜と無機・有機ハイブリッドのSOG材料膜を混合使用してもよい。
上述した第1〜第9の実施形態は本発明を具体化した例を示すものであり、したがって本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を外れることなく種々の変形が可能であることは言うまでもない。例えば、上述した実施形態では、ナノポーラスSOG材料膜を一つあるいは二つ使用しているが、ナノポアを含まない(ナノポーラスでない)SOG材料膜を使用してもよいことは言うまでもない。また、ナノポーラスSOG材料膜とナノポアを含まない(ナノポーラスでない)SOG材料膜を混合使用してもよい。無機系ナノポーラスSOG材料膜と無機・有機ハイブリッドのSOG材料膜を混合使用してもよい。
さらに、上述した第1〜第9の実施形態では、固体撮像装置の外部電極として同装置の裏面にハンダボール21を設けているが、ハンダボール21は設けなくてもよい。この場合、銅ペースト20がギア部電極となる。また、これらの実施形態では、外部電極としてのハンダボール21の位置が、貫通電極(導電性プラグ13及び14)から内側にずれているが、貫通電極と重なる位置としてもよいし、貫通電極の外側にずれてもよい。
固体撮像素子の構成は任意であり、レンズ(マイクロレンズ)やカラーフィルタ(マイクロフィルタ)を有していても、有していなくてもよい。
1、1A、1B、1C、1D、1E、1F、1G 固体撮像装置
10、10’ 固体撮像素子
10a 貫通電極形成前の固体撮像素子
11 シリコン基板
12 層間絶縁膜
13 導電性プラグ
14 導電性プラグ
15 表面電極
16a、16b 絶縁膜
17 ソルダーレジスト
18 配線膜
19 導電性コンタクト
20 銅ペースト
21 ハンダボール(外部電極)
22 マイクロレンズ
22A マイクロレンズ・アレイ
23 受光領域
24 マイクロフィルタ
25 撮像面
31 透孔
32 透孔
50、50a、50b ナノポーラスSOG材料膜
50c BPSG膜(SOG材料膜)
50A ナノポーラスSOG材料膜の表面
51、52、53 合成樹脂膜
54 SOG材料膜
55 キャビティ
56 マスク
57 SOG材料膜の窓
60 ガラスカバー
61 ボロシリケートガラス板
61A ボロシリケートガラス板の表面
70 シリコンウェハー
71 スクライブライン
81 下チャック
82 上チャック
83 接合面
84 ハンドリング用ホルダ
85 粘着剤
PX 画素
10、10’ 固体撮像素子
10a 貫通電極形成前の固体撮像素子
11 シリコン基板
12 層間絶縁膜
13 導電性プラグ
14 導電性プラグ
15 表面電極
16a、16b 絶縁膜
17 ソルダーレジスト
18 配線膜
19 導電性コンタクト
20 銅ペースト
21 ハンダボール(外部電極)
22 マイクロレンズ
22A マイクロレンズ・アレイ
23 受光領域
24 マイクロフィルタ
25 撮像面
31 透孔
32 透孔
50、50a、50b ナノポーラスSOG材料膜
50c BPSG膜(SOG材料膜)
50A ナノポーラスSOG材料膜の表面
51、52、53 合成樹脂膜
54 SOG材料膜
55 キャビティ
56 マスク
57 SOG材料膜の窓
60 ガラスカバー
61 ボロシリケートガラス板
61A ボロシリケートガラス板の表面
70 シリコンウェハー
71 スクライブライン
81 下チャック
82 上チャック
83 接合面
84 ハンドリング用ホルダ
85 粘着剤
PX 画素
Claims (24)
- 透明カバーを含むパッケージ中にチップ状の固体撮像素子を封止してなる固体撮像装置であって、
撮像面を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記撮像面との間に隙間を介在させて前記撮像面の全面を覆うように形成された透明カバーと、
前記隙間に配置された、前記撮像面の全面を覆う無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜とを備え、
前記透明カバーは、前記透明SOG材料膜に直接または他の透明SOG材料膜を介して接合されている
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 透明カバーを含むパッケージ中にチップ状の固体撮像素子を封止してなる固体撮像装置であって、
撮像面を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の前記撮像面との間に隙間を介在させて前記撮像面の全面を覆うように形成された透明カバーと、
前記隙間に配置された、前記撮像面を囲むようにパターン化された無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜とを備え、
前記透明カバーは、前記透明SOG材料膜に直接または他の透明SOG材料膜を介して接合されており、
前記透明SOG材料膜は、前記透明カバーと前記撮像面の間にキャビティを形成していることを特徴とするものである。 - 前記透明SOG材料膜が、無機系であって、透明な非晶質シリカ膜である請求項1または2に記載の固体撮像装置。
- 前記透明SOG材料膜が、無機系であって、透明な非晶質シリケート膜である請求項1または2に記載の固体撮像装置。
- 前記透明SOG材料膜が、無機系であって、複数のナノポアを含んでいる請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記ナノポアの大きさが、前記固体撮像素子の撮像可能な光の波長よりも小さい請求項5に記載の固体撮像装置。
- 前記透明SOG材料膜が、無機・有機ハイブリッドであって、主鎖としてシリカ結合を持ち、それに炭素を持つ有機成分が結合してなるポリシロキサン系材料よりなる透明な膜である請求項1または2に記載の固体撮像装置。
- 前記透明SOG材料膜が、無機・有機ハイブリッドであって、フラーレンまたはカーボンナノチューブを埋入してなる非晶質シリカ膜である請求項1または2に記載の固体撮像装置。
- 前記透明カバーが、前記透明SOG材料膜に他の透明SOG材料膜を介して接合されており、前記他の透明SOG材料膜が、無機系であって、透明な非晶質シリカ膜または透明な非晶質シリケート膜である請求項3または4に記載の固体撮像装置。
- 前記透明カバーが、前記透明SOG材料膜に直接接合されており、
前記キャビティが、前記透明SOG材料膜を選択的に除去することにより形成されている請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記透明カバーが、他の透明SOG材料膜を介して前記透明SOG材料膜に接合されており、
前記キャビティが、前記透明SOG材料膜と前記他の透明SOG材料膜の双方を選択的に除去することにより形成されている請求項2に記載の固体撮像装置。 - 前記固体撮像素子がレンズ及びカラーフィルタを有していない請求項1〜11のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 透明カバーを含むパッケージ中にチップ状の固体撮像素子を封止してなる固体撮像装置の製造方法であって、
撮像面を有する固体撮像素子を準備する工程と、
前記撮像面の全面を覆うように、無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜を形成する工程と、
前記透明SOG材料膜の表面に、直接または無機系または無機・有機ハイブリッドの他の透明SOG材料膜を介して、前記撮像面の全面を覆うように透明カバーを接合する工程と
を備えていることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 透明カバーを含むパッケージ中にチップ状の固体撮像素子を封止してなる固体撮像装置の製造方法であって、
撮像面を有する固体撮像素子を準備する工程と、
前記撮像面の全面を覆うように、無機系または無機・有機ハイブリッドの透明SOG材料膜を形成する工程と、
前記撮像面を選択的に露出させるように前記透明SOG材料膜をパターン化する工程と、
パターン化された前記透明SOG材料膜の表面に、直接または無機系または無機・有機ハイブリッドの他の透明SOG材料膜を介して、前記撮像面の全面を覆うように透明カバーを接合する工程とを備え、
前記透明SOG材料膜は、前記透明カバーと前記撮像面の間にキャビティを形成していることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記透明SOG材料膜を形成する工程が、Si−N結合を持つシラザンという化合物のポリマーですべての側鎖が水素であるパーヒドロポリシラザンの膜を形成する工程と、当該パーヒドロポリシラザンの膜を焼成することによって透明な非晶質シリカ膜を形成する工程とを含む請求項13または14に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記透明SOG材料膜を形成する工程が、Si−O結合とSi−OH結合を持つシリケートのポリマーの膜を形成する工程と、当該シリケートのポリマーの膜を焼成することによって透明な非晶質シリケート膜を形成する工程とを含む請求項13または14に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記透明SOG材料膜として、複数のナノポアを含む無機系の透明SOG材料膜が使用される請求項13〜16のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記ナノポアの大きさが、前記固体撮像素子の撮像可能な光の波長よりも小さい請求項17に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記透明SOG材料膜として、無機・有機ハイブリッドであって、主鎖としてシリカ結合を持ち、それに炭素を持つ有機成分が結合してなるポリシロキサン系材料よりなる透明な膜が使用される請求項13または14に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記透明SOG材料膜として、フラーレンまたはカーボンナノチューブを埋入した無機・有機ハイブリッドのシリカガラス膜が使用される請求項13または14に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記透明カバーが、前記透明SOG材料膜の表面に他の透明SOG材料膜を介して接合され、前記他の透明SOG材料膜として、無機系であって、透明な非晶質シリカ膜または透明な非晶質シリケート膜が使用される請求項13または14に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記透明カバーが、前記透明SOG材料膜の表面に直接接合され、
前記キャビティが、前記透明SOG材料膜を選択的に除去するようにパターン化することにより形成される請求項14に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記透明カバーが、他の透明SOG材料膜を介して前記透明SOG材料膜の表面に接合され、
前記キャビティが、前記透明SOG材料膜と前記他の透明SOG材料膜の双方を選択的に除去するようにパターン化することにより形成される請求項14に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記透明カバーを前記透明SOG材料膜に接合する工程が、酸素プラズマを併用した陽極接合によって行われる請求項12〜23のいずれか1項に記載の固体撮像装置の製造方法。
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2006
- 2006-09-11 JP JP2006246170A patent/JP2008066679A/ja active Pending
-
2007
- 2007-09-11 WO PCT/JP2007/067658 patent/WO2008032706A1/ja active Application Filing
- 2007-09-11 TW TW096133831A patent/TW200821636A/zh unknown
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A073 Effective date: 20110107 |