JP5185019B2 - 半導体装置及びそれを用いた電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置及びそれを用いた例えばデジタルカメラやビデオカメラ等の電子機器に関するものである。
例えばデジタルカメラやビデオカメラ等の電子機器においては、レンズの後方に、撮像用の半導体装置（半導体装置側から見ればレンズは前方に配置されている）が内蔵されており、この半導体装置は、一般的には以下のような構造を有している。
すなわち、半導体装置は、一表面の外周部分に周辺回路領域が設けられ、この周辺回路領域の内方部分に撮像領域が設けられた半導体基板と、この半導体基板の撮像領域上に設けられた透明基板とを備える。さらに、半導体基板の撮像領域は、平面配置された複数の受光素子と、これらの受光素子上に設けられたマイクロレンズと、これら複数のマイクロレンズ上に設けられた低屈折率膜とを有し、該低屈折率膜は、マイクロレンズの周辺に設けた周辺回路領域の少なくとも一部を覆う構成を有している（なお、例えば特許文献１参照）。
上記構造を有する従来の半導体装置においては、レンズを通過した光情報が透明基板を介して半導体基板の撮像領域に到達し、該撮像領域にて光情報が電気情報に変換される。そして、電気情報が半導体基板の周辺回路領域にて電気的に処理、特に増幅回路によって増幅されて、表示装置で映像を表示するための映像情報が作成される。
特開平２−２２９４５３号公報
しかしながら、上記構造を有する半導体装置においては、特に増幅回路の寄生容量によって映像情報の電気的信号レベルが低下し、その結果、最終的な映像情報の品質が低下してしまうという問題がある。例えば、上記寄生容量は、低屈折率膜がマイクロレンズの周辺に設けられた周辺回路領域の少なくとも一部を覆う構成を有することからも大きくなり、その結果、上述のように、映像情報の電気的信号レベルが低下し、最終的な映像情報の品質が低下してしまうのである。
前記に鑑み、本発明の目的は、映像品質の向上を図ることができる構造を備えた半導体装置及びそれを用いた電子機器を提供することである。
前記の目的を達成するために、本発明の一側面の半導体装置は、主面上に複数の受光素子が配置された撮像領域、及び、撮像領域の外周部に配置された周辺回路領域を有する半導体基板と、撮像領域上に形成された複数のマイクロレンズと、半導体基板上に、複数のマイクロレンズと周辺回路領域の一部とを覆うように形成された低屈折率膜と、低屈折率膜上であって且つ撮像領域上に対応する領域に形成された透明基板とを備え、低屈折率膜における周辺回路領域に配置された増幅回路上に対応する領域には、貫通孔が形成されている。
本発明の一側面の半導体装置において、増幅回路は、周辺回路領域に複数形成されており、貫通孔は、複数の増幅回路の各々に対応して複数設けられている。
本発明の一側面の半導体装置において、低屈折率膜と透明基板との間には、透明接着剤層が介在しており、透明接着剤層の周縁部は、増幅回路を覆うように形成されていると共に、貫通孔においては上方から下方に向かって突出する球面状の形状を有している。
本発明の一側面の半導体装置において、半導体基板が搭載される開口部を上面に有するキャビティと、半導体基板上における透明基板の外方の領域を封止するように形成された封止樹脂とをさらに備える。
本発明の一側面の半導体装置において、封止樹脂は、増幅回路を覆うように形成されていると共に、貫通孔においては上方から下方に向かって突出する球面状の形状を有している。
本発明の一側面の半導体装置において、周辺回路領域上における低屈折率膜の外方の領域に形成された電極をさらに備え、電極は、金属細線と電気的に接続している。
本発明の一側面の電子機器は、本発明の一側面の半導体装置と、半導体装置の外部接続電極を実装電極上に実装する実装基板と、半導体装置の透明基板の上方に形成されたレンズとを備える。
以上のように本発明によると、低屈折率膜における周辺回路領域に配置された増幅回路上に対応する領域には、貫通孔が形成されているため、増幅回路に対する寄生容量を極めて小さくすることができる。その結果、映像情報の電気的信号レベルが低下するのを抑制することができるため、最終的な映像情報の品質を向上することができる。
本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構造について説明する。
図１及び図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の構造図であって、図１は、本実施形態の半導体装置の分解斜視図であり、図２（ａ）は、本実施形態の半導体装置の斜視図であり、図２（ｂ）は、本実施形態の半導体装置の断面図であり、図２（ｃ）は、（ｂ）における領域Ａの拡大断面図であって迷光の一例を含んだ図である。
図１及び図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態の半導体装置は、上面が開口した矩形箱状のキャビティ１と、該キャビティ１内に配置されると共に、上面の外周部分に周辺回路領域２が設けられ、該周辺回路領域２の内方部分に撮像領域３が設けられた矩形状の半導体基板４と、該半導体基板４の撮像領域３上に設けた矩形状の透明基板５とを備えている。
半導体基板４の撮像領域３は、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、平面配置された複数の受光素子６と、該複数の受光素子６上に層間絶縁膜１８及び表面保護膜１９などを介して形成された複数のマイクロレンズ７と、該複数のマイクロレンズ７上に設けた低屈折率膜８とを有する。
ここで、低屈折率膜８は、エポキシ樹脂やアクリル樹脂をスピンコート製法により形成してなるものであるため、マイクロレンズ７の周辺に設けた周辺回路領域２の上面の略全面を覆っている。ただし、このように周辺回路領域２を覆う低屈折率膜８は、該周辺回路領域２に配置された増幅回路９上に対応する部分には、図１、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、貫通孔１０が形成されている。
なお、マイクロレンズ７の周辺の周辺回路領域２には、複数の増幅回路９が断続的な枠状に配置されているので、各増幅回路９上に対応する低屈折率膜８の部分にも、図１に示すように、複数の貫通孔１０が断続的な枠状に形成されている。
また、半導体基板４の撮像領域３上における低屈折率膜８と透明基板５との間には、図１及び図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、透明接着剤層１１が介在しており、該透明接着剤層１１によって低屈折率膜８上に透明基板５が接着固定されている。
透明接着剤層１１の外周部分は、図２（ａ）及び（ｃ）に示すように、マイクロレンズ７の周辺における周辺回路領域２の増幅回路９のさらに外側まで存在しており、増幅回路９上に対応する低屈折率膜８部分の貫通孔１０内の領域では、図２（ｃ）に示すように、透明接着剤層１１の一部が、貫通孔１０の上方開口から下方に突出する球面状の形状を有している。
さらに、低屈折率膜８の貫通孔１０の外方における周辺回路領域２には、図１、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、電極１２が設けられており、該電極１２とキャビティ１内の接続端子１３とは、金属細線１４により電気的に接続されている。
また、透明基板５の外方における半導体基板４上には、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、周辺回路領域２、貫通孔１０、電極１２、及び金属細線１４等を覆うように、封止樹脂１５が形成されている。
なお、半導体基板４は、図１及び図２（ｂ）に示すように、キャビティ１の内底面上に、ダイパッド１６及びダイボンド材１７を介して固定されている。
また、図２（ｃ）に示すように、半導体基板４上には、層間絶縁膜１８及び表面保護膜１９が形成されており、該表面保護膜１９は貫通孔１０内に露出している。また、図２（ｂ）に示すように、キャビティ１の下面には、該半導体基板４を貫通する貫通電極２１と接続する外部接続電極２０が形成されている。
次に、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）並びに図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す要部工程断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、受光素子６、及び、増幅回路９を含む周辺回路領域２が形成された半導体基板４の上に、層間絶縁膜１８及び表面保護膜１９などを介して、マイクロレンズ７及び電極１２を形成する。
次に、図３（ｂ）に示すように、半導体基板４上の全面に、マイクロレンズ７及び電極１２を覆うように、低屈折率膜８を形成する。
次に、図３（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチング技術を用いて、低屈折率膜８における所定の部分を除去することにより、電極１２の表面を露出させると共に、周辺回路領域２の増幅回路９上の領域を露出する貫通孔１０を形成する。
次に、図４（ａ）に示すように、低屈折率膜８の上に透明接着剤層１１を設け、続いて、該透明接着剤層１１を介して低屈折率膜８上に透明基板５を接着固定する。
ここで、透明接着剤層１１の外周は、図４（ａ）に示すように、マイクロレンズ７の周辺の周辺回路領域２における増幅回路９のさらに外側まで伸びて形成されており、低屈折率膜８に設けられた増幅回路９上の貫通孔１０内では、透明接着剤層１１の一部は、貫通孔１０の上方開口から下方に突出する球面状の形状に形成されている。
次に、図４（ｂ）に示すように、電極１２とキャビティ１（図１、図２（ａ）及び（ｂ）参照）内の接続端子１３とが電気的に接続するように、金属細線１４を形成する。
次に、図４（ｃ）に示すように、半導体基板４上における透明基板５の外方の領域に、周辺回路領域２、貫通孔１０、電極１２、及び金属細線１４などを封止する封止樹脂１５を形成する。
以上のようにして、本実施形態に係る半導体装置を製造することができる。
以上、本実施形態の半導体装置及びその製造方法によると、周辺回路領域２を覆う低屈折率膜８内に、周辺回路領域２に配置された増幅回路９上に対応する部分に、貫通孔１０が形成されているため、増幅回路９に対する寄生容量を極めて小さくすることができる。すなわち、従来の半導体装置では、増幅回路９上が低屈折率膜８によって覆われた状態である構造に対して、本実施形態の半導体装置では、増幅回路９上が貫通孔１０になっており、空気が誘電体となる構造であるため、寄生容量を極めて小さくすることができる。その結果、映像情報の電気的信号レベルが低下するのを抑制することができ、最終的な映像情報の品質を向上することができる。
また、本実施形態においては、周辺回路領域２に複数の貫通孔１０が断続的に枠状に配置された構造であるため、受光素子６への迷光の侵入量を抑制することができる。このため、映像情報の品質を向上することができる。すなわち、受光素子６への迷光侵入とは、撮像領域３（正面側）からの光情報以外が受光素子６に侵入する状態を言い、例えば撮像領域３の外方の金属細線１４からの反射光が外方から斜めに侵入する状態を言う。
このような撮像領域３の外方から斜めに受光素子６へ侵入する迷光が発生した場合、本実施形態では撮像領域３の外方に複数の貫通孔１０を設けているため、迷光がこの貫通孔１０に侵入すると、光進行環境が大きく変化したことで、大幅に減衰する。その結果、受光素子６に到達する迷光量は激減し、これにより映像情報の品質を向上させることができる。
また、貫通孔１０に上方から侵入する光情報は、上述のように上方から下方に向かって半球状に突出した形状による透明接着剤層１１のレンズ作用により、受光素子６の外方へと変更される状態も発生し、その結果受光素子６に到達する迷光量は激減し、これによっても映像情報の品質を向上させることができる。
なお、このような迷光の状態は、上記図２（ｃ）にその一例を示しており、矢印線Ｂの太さが迷光量を示し、異なる面に侵入するたびに反射、減衰する状況を示している。
また、本実施形態では、図２（ｂ）に示すキャビティ１の下面の外部接続電極２０を、実装基板（図示せず）の実装電極（図示せず）上に実装し、その状態で透明基板５の上方にはレンズ（図示せず）を配置することで、デジタルカメラやビデオカメラ等の電子機器を実現する。
−変形例１−
図５は、本実施形態の変形例１に係る半導体装置の構造を示している。
図５に示す半導体装置では、透明接着剤層１１は、透明基板５の下部にのみ形成されており、マイクロレンズ７の外方の領域上には形成されていない。すなわち、貫通孔１０上、及び該貫通孔１０の外方の周辺回路領域２上における低屈折率膜８上は、透明接着剤１１を介することなく封止樹脂１５によって覆われた構造となっている。このため、図４に示す半導体装置においては、封止樹脂１５の一部が、貫通孔１０の上面開口（上方）から下方に突出する半球状の形状を有している。本変形例１の半導体装置によると、貫通孔１０の上部に形成されている材料が封止樹脂１５であって、図２（ａ）〜（ｃ）の半導体装置における透明接着剤１１とは異なるが、貫通孔１０を備えている点で、図２（ａ）〜（ｃ）の半導体装置と同様の効果を得ることができる。
−変形例２−
図６（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の変形例２に係る半導体装置の構造を示しており、図６（ａ）は、本実施形態の変形例２の半導体装置の斜視図であり、図６（ｂ）は、本実施形態の変形例２の半導体装置の断面図であり、図６（ｃ）は、（ｂ）における領域Ｃの拡大断面図であって迷光の一例を含んだ図である。なお、図６（ｃ）は、上記図２（ｃ）と同様に、迷光の状態、つまり、矢印線Ｄの太さが迷光量を示し、異なる面に侵入するたびに反射、減衰する状況を示している。
図６（ａ）〜（ｃ）に示す本実施形態の変形例２に係る半導体装置では、透明基板５が透明接着剤１１を介して低屈折率膜８の全面上に形成されている。すなわち、マイクロレンズ７の外方の領域上には封止樹脂１５が形成されておらず、透明基板５が全面を覆うように形成された構造となっている。そして、キャビティ１の下面の外部接続電極２０には、貫通電極２１に接続するボールタイプの外部接続電極２２が設けられており、該ボールタイプの外部接続電極２１を利用して、各種電子機器の実装基板への実装が実現される。本変形例２の半導体装置によると、同様に、貫通孔１０を備えている点で、図２（ａ）〜（ｃ）の半導体装置と同様の効果を得ることができる。
以上のように、本発明は、映像情報の品質を向上することができるため、デジタルカメラやビデオカメラ等の電子機器にとって有用である。
本発明の一実施形態の半導体装置の分解斜視図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態の半導体装置の斜視図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態の半導体装置の断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）における領域Ａの拡大断面図であって迷光の一例を含んだ図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す要部工程断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す要部工程断面図である。 本発明の一実施形態の変形例１に係る半導体装置の構造図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態の半導体装置の斜視図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態の半導体装置の断面図であり、（ｃ）は、（ｂ）における領域Ｃの拡大断面図であって迷光の一例を含んだ図である。
符号の説明
１ キャビティ
２ 周辺回路領域
３ 撮像領域
４ 半導体基板
５ 透明基板
６ 受光素子
７ マイクロレンズ
８ 低屈折率膜
９ 増幅回路
１０ 貫通孔
１１ 透明接着剤層
１２ 電極
１３ 接続端子
１４ 金属細線
１５ 封止樹脂
１６ ダイパッド
１７ ダイボンド材
１８ 層間絶縁膜
１９ 表面保護膜
２０ 外部接続電極
２１ 貫通電極
２２ ボールタイプの外部接続電極

Claims (8)

  1. 主面上に複数の受光素子が配置された撮像領域、及び、前記撮像領域の外周部に配置された周辺回路領域を有する半導体基板と、
    前記撮像領域上に形成された複数のマイクロレンズと、
    前記半導体基板上に、前記複数のマイクロレンズと前記周辺回路領域の一部とを覆うように形成された低屈折率膜と、
    前記低屈折率膜上であって且つ前記撮像領域上に対応する領域に形成された透明基板とを備え、
    前記低屈折率膜における前記周辺回路領域に配置された増幅回路上に対応する領域には、貫通孔が形成され、
    前記低屈折率膜と前記透明基板との間には、透明接着剤層が介在しており、
    前記透明接着剤層の周縁部は、前記増幅回路を覆うように形成されていると共に、前記貫通孔においては上方から下方に向かって突出する球面状の形状を有している、半導体装置。
  2. 請求項１に記載の半導体装置において、
    前記増幅回路は、前記周辺回路領域に複数形成されており、
    前記貫通孔は、前記複数の増幅回路の各々に対応して複数設けられている、半導体装置。
  3. 請求項１に記載の半導体装置において、
    前記周辺回路領域上における前記低屈折率膜の外方の領域に形成された電極をさらに備え、
    前記電極は、金属細線と電気的に接続している、半導体装置。
  4. 請求項１に記載の半導体装置と、
    前記半導体装置の外部接続電極を実装電極上に実装する実装基板と、
    前記半導体装置の前記透明基板の上方に形成されたレンズとを備える、電子機器。
  5. 主面上に複数の受光素子が配置された撮像領域、及び、前記撮像領域の外周部に配置された周辺回路領域を有する半導体基板と、
    前記撮像領域上に形成された複数のマイクロレンズと、
    前記半導体基板上に、前記複数のマイクロレンズと前記周辺回路領域の一部とを覆うように形成された低屈折率膜と、
    前記低屈折率膜上であって且つ前記撮像領域上に対応する領域に形成された透明基板と、
    前記半導体基板が搭載される開口部を上面に有するキャビティと、
    前記半導体基板上における前記透明基板の外方の領域を封止するように形成された封止樹脂と
    を備え、
    前記低屈折率膜における前記周辺回路領域に配置された増幅回路上に対応する領域には、貫通孔が形成され、
    前記封止樹脂は、前記増幅回路を覆うように形成されていると共に、前記貫通孔においては上方から下方に向かって突出する球面状の形状を有している、半導体装置。
  6. 請求項５に記載の半導体装置において、
    前記増幅回路は、前記周辺回路領域に複数形成されており、
    前記貫通孔は、前記複数の増幅回路の各々に対応して複数設けられている、半導体装置。
  7. 請求項５に記載の半導体装置において、
    前記周辺回路領域上における前記低屈折率膜の外方の領域に形成された電極をさらに備え、
    前記電極は、金属細線と電気的に接続している、半導体装置。
  8. 請求項５に記載の半導体装置と、
    前記半導体装置の外部接続電極を実装電極上に実装する実装基板と、
    前記半導体装置の前記透明基板の上方に形成されたレンズとを備える、電子機器。
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