JP6270335B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像部と低誘電率材料層を含む回路部とが形成された撮像素子チップを具備する撮像装置に関する。

ＣＭＯＳ撮像素子等からなる撮像部が主面に形成された撮像素子チップを具備するチップサイズパッケージ型の撮像装置は、小径であることから内視鏡等に用いられている。半導体技術により作製された微細パターンからなる撮像部と、信号ケーブル等が接続される大きな接合電極との整合性を取るために、撮像素子チップには導体層と絶縁層とからなる再配線回路が不可欠である。近年、撮像装置の高性能化のために、再配線回路の絶縁層として酸化シリコンよりも低誘電率の材料、いわゆるＬｏｗ−ｋ材料を用いることが検討されている。

しかし、Ｌｏｗ−ｋ材料は、耐湿性、すなわち水蒸気の浸透性が従来の絶縁層材料よりも劣っている。Ｌｏｗ−ｋ材料を絶縁層とするチップサイズパッケージ型の撮像装置は、Ｌｏｗ−ｋ材料が外周部に露出しているため、信頼性が十分ではないおそれがあった。すなわち、Ｌｏｗ−ｋ材料からなる絶縁層に水が浸透すると、比誘電率が上昇し寄生容量が増加し信号遅延が生じるため動作不良が生じたり、金属配線の腐食が生じたりするおそれがあった。

特開２００８−７８３８２号公報には、半導体素子チップの低誘電率絶縁層を含む再配線回路の側面を、低誘電率絶縁材料よりも耐湿性に優れたアンダーフィル材で覆って封止した半導体装置が開示されている。

しかし、上記公報記載の半導体装置の平面視寸法は、アンダーフィル材のフレット長の分だけ半導体素子チップよりも大きくなっていた。

特開２００８−７８３８２号公報

本発明の実施形態は、小径で信頼性の高い撮像装置を提供することを目的とする。

別の実施形態の撮像装置は、撮像部と、前記撮像部と信号を送受信する比誘電率が酸化シリコンより低い低誘電率材料からなる絶縁層を含む複数の層を有する回路部と、前記回路部と接続された接合電極と、前記撮像部と前記回路部と前記接合電極とを取り囲む、前記低誘電率材料よりも耐湿性に優れた材料からなるガードリングとが、第１の主面に形成されている撮像素子チップと、前記接合電極と接合された導線と、前記接合電極と前記導線との接合部を封止する封止樹脂と、前記封止樹脂で覆われていない前記ガードリングを覆うように、前記撮像素子チップの前記第１の主面に接着層を介して接着されている透明部材と、を具備する。

本発明によれば、小径で信頼性の高い撮像装置を提供できる。

第１実施形態の撮像装置の斜視図である。 第１実施形態の撮像装置の上面図である。 第１実施形態の撮像装置の図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 第２実施形態の撮像装置の上面図である。 第２実施形態の撮像装置の図４のＶ−Ｖ線に沿った分解断面図である。 第２実施形態の変形例の撮像装置の断面図である。 第３実施形態の撮像装置の斜視図である。 第３実施形態の撮像装置の断面図である。 第３実施形態の変形例の撮像装置の断面図である。

＜第１実施形態＞
図１〜図３に示すように、第１実施形態の撮像装置１は、撮像素子チップ１０と、透明部材であるカバーガラス３０と、撮像素子チップ１０とカバーガラス３０とを接着している接着層２０と、を具備する。

積層膜１２が主面に配設された半導体基板１１からなる撮像素子チップ１０は、ウエハレベルチップサイズパッケージ型のチップであり、撮像素子チップ１０とカバーガラス３０とは平面視寸法が同じである。すなわち、複数の撮像素子チップ１０が形成された撮像素子ウエハと、ガラスウエハとが接着された接合ウエハを、切断し個片化することにより撮像装置１は製造されている。撮像素子チップ１０は一括して大量生産できるため生産性に優れている。

撮像素子チップ１０の第１の主面１０ＳＡには、撮像部１３と、回路部１４と、複数の電極パッド１５と、ガードリング１６と、が形成されている。一方、撮像素子チップ１０の第２の主面１０ＳＢには、それぞれの貫通配線１７を介して、それぞれの電極パッド１５と接続された複数の接合端子１８が形成されている。

ＣＯＭＳ撮像素子等からなる撮像部１３は、シリコン等からなる半導体基板１１の主面に公知の半導体製造技術により形成されている。

回路部１４は撮像部１３へ信号等を送受信するための再配線機能等を有する。回路部１４は撮像部１３の信号を処理する半導体回路を含んでいても良い。このとき、半導体回路は撮像部１３と同様に、シリコン等からなる半導体基板１１の主面に公知の半導体製造技術により形成されている。回路部１４は、複数の導体層１２Ａと複数の絶縁層１２Ｂ、１２Ｃとを有する積層膜１２の一部でもある。なお、図３には複数の層の一部を模式的に図示している。

そして、回路部１４の少なくとも１つの絶縁層１２Ｃは、低誘電率材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）からなる。電極パッド１５は、回路部１４を介して撮像部１３と接続されている。

なお、複数の導体層１２Ａの導電性材料は異なる材料で構成されていてもよい。また、複数の絶縁層１２Ｂの絶縁材料は異なる材料で構成されていてもよい。そして、少なくとも１つの絶縁層１２Ｃは、低誘電率材料（Ｌｏｗ−ｋ材料）からなる。

低誘電率材料とは、酸化シリコン（ｋ＝４．０）よりも比誘電率ｋが低い材料であり、好ましくは比誘電率ｋが３．０以下の材料である。低誘電率材料の比誘電率ｋの下限値は、技術的限界により、２．０以上、好ましくは１．５以上である。

撮像装置１では、絶縁層１２Ｃの低誘電率材料は、ポーラスＳｉＯＣ（ｋ＝２．７）である。ポーラスＳｉＯＣは、主にＳｉ−ＣＨ_３基を多く含むメチル含有ポリシロキサンであり、ＣＨ_３の存在により分子構造内に間隙を生じるために多孔質であり、比誘電率ｋが低い。

絶縁層１２Ｃの材料としては、ＳｉＯＦ若しくはＳｉＯＣＨベースのポーラス材料、Nano Clustering Silica膜などのポーラスシリカ系材料、ポーラスＨＳＱと呼ばれるＨ含有ポリシロキサン、又は、有機ポリマー若しくは有機ポリマーのポーラス材料等も使用可能である。

撮像部１３、回路部１４及び電極パッド１５を取り囲んでいるガードリング１６は、ガードリング１６の内縁よりも内側の領域への水の浸透を遮断するリング状の防湿壁である。すでに説明したように、低誘電率材料からなる絶縁層１２Ｃは、耐湿性が十分ではない。ガードリング１６は、絶縁層１２Ｃの低誘電率材料よりも耐湿性に優れた材料からなり、ガードリング１６の内側の低誘電率材料への水の浸透を遮断している。

ガードリング１６の材料は、低誘電率材料よりも耐湿性に優れた材料から、製造工程と撮像装置１の仕様とに応じて選択される。撮像装置１では、ガードリング１６及び回路部１４は、共に積層膜１２の一部であり、ガードリング１６は、半導体基板１１に回路部１４を形成するときに、同時に形成される。すなわち、ガードリング１６は、複数の層を有する回路部１４の形成工程に準じて、複数の層が積層されることにより形成されたリング状の積層膜からなる。

回路部１４に絶縁層１２Ｃが積層されるときには、ガードリング１６に絶縁層１２Ｃと同じ低誘電率材料層は積層されない。例えば、ガードリング１６は回路部１４を形成するときに絶縁層１２Ｃを除いた層を積層することで形成されていてもよい。一方、回路部１４が、複数の導体層１２Ａと複数の絶縁層１２Ｃとだけから構成されている場合には、ガードリング１６は複数の導体層１２Ａにより形成される。

また、ガードリング１６の一部は、回路部１４の構成層と一体の層により構成されていてもよい。例えば、回路部１４の絶縁層１２Ｂの延設部がガードリング１６の１つの層を構成していてもよい。

ガードリング１６は、回路部１４を構成する複数の材料から選択された１以上の材料からなる。例えば、回路部１４の導体層１２Ａは、銅等の金属からなるため、耐湿性が優れている。そして、複数の導体層１２Ａの形成時に、同時に銅層が積層されたガードリング１６が形成される。

また、回路部１４の絶縁層１２Ｂが、酸化シリコン又は窒化シリコン等からなる場合には、複数の絶縁層１２Ｂの形成時に、同時に酸化シリコン層等が積層されたガードリング１６が形成される。

また、ガードリング１６は、例えば、銅層及び酸化シリコン層の積層膜であってもよい。すなわち、ガードリング１６は、複数の異なる材料からなる複数の層で構成されていてもよい。

絶縁層１２Ｃを構成する低誘電率材料からなる層はガードリング１６の外側にはないことが好ましいが、あってもよい。ガードリング１６の内部への水の浸透は防止されるためである。

ガードリングは、回路部１４（積層膜１２）を形成後に配設されてもよい。例えば、積層膜１２を形成するときにガードリング配設部として溝部を設けておいて、カバーガラス接着前に、溝部にガードリングとして、Ｏリングをはめ込んでもよい。また、ガードリングは、内側リングと外側リングとからなる２重構造であってもよい。

そして、接着層２０を介して撮像素子チップ１０の第１の主面１０ＳＡに接着されている透明部材であるカバーガラス３０は、平面視寸法が撮像素子チップ１０と同じである。このため、カバーガラス３０は、ガードリング１６の外縁よりも内側の領域を覆っている。透明部材は、撮像部１３が受光する光の波長領域において透過率が高い材料であれば、樹脂等から構成されていてもよい。厚さが十分に厚いカバーガラス３０は、上部から回路部１４等への水の浸透を遮断している。

接着層２０は、絶縁層１２Ｃの低誘電率材料よりも耐湿性に優れた、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等の透明樹脂からなる。

撮像装置１の第１の主面１０ＳＡに形成された、撮像部１３、回路部１４及び電極パッド１５等は、側面からの水の浸透はガードリング１６により遮断され、上面からの水の浸透はカバーガラス３０により遮断されている。このため、撮像装置１は平面視寸法が小さく生産性に優れたチップサイズパッケージであるが信頼性が高い。

撮像装置１は、例えば、８５℃、湿度８５％の高温多湿環境に１０００時間放置しても特性が劣化することがなかった。

更に、撮像装置１では、ガードリング１６は、積層膜１２の一部である回路部１４を形成するときに、積層膜１２の別の一部として同時に形成されるため、生産性がよい。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態の撮像装置１Ａについて説明する。撮像装置１Ａは撮像装置１と類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

撮像装置１では撮像部１３等は、ガードリング１６により側面からの水の浸透が防止されている。しかし、撮像装置１の側面には撮像部１３等が形成されている中央領域まで挿通している接着層２０の端面が露出している。接着層２０の耐湿性は悪くはない。しかし、撮像装置の仕様によっては、接着層２０には高い光透過率が要求されるため、耐湿性が十分に高い材料を用いることが容易ではない場合もある。このため、使用環境によっては接着層２０を介して撮像部１３等に水が浸透するおそれがあった。

これに対して、図４及び図５に示すように、撮像装置１Ａでは、ポストリング３１が、ガードリング１６とカバーガラス３０とに挟持されている。ポストリング３１は、ガードリング１６の上面に沿って切れ目無くつながっているリング形状である。ガードリング１６の上面とカバーガラス３０との間にポストリング３１が配設されているため、接着層２０は、ポストリング３１により中央部と外周部とに完全に分断されている。

ポストリング３１は、低誘電率材料よりも耐湿性に優れた接着層２０の材料よりも更に耐湿性に優れた材料からなる。例えば、ポストリング３１は、銅、ニッケル、アルミニウム等の金属、又は、酸化シリコン等の無機物からなる。

ポストリング３１は、カバーガラス３０と撮像素子チップ１０Ａとを接着する前に、カバーガラス３０に形成しておくことが好ましい。例えば、カバーガラス３０に金属膜を蒸着法により成膜し、パターニングすることにより、所望の厚さのリング形状のポストリング３１を形成される。

撮像装置１Ａは、撮像装置１の効果を有し、更に接着層２０を介しての水の浸透がポストリング３１により防止されているため、より信頼性が高い。

なお、撮像装置１Ａでは、撮像素子チップ１０Ａの撮像部１３の上に、カラーフィルタ１３Ｆ、マイクロレンズ１３Ｌが配設されている。

＜第２実施形態の変形例＞
図６に示す第２実施形態の変形例の撮像装置１Ｂでは、カバーガラス３０の平面視寸法が撮像素子チップ１０の平面視寸法よりも大きい。

すなわち、カバーガラス３０が、ガードリング１６の外縁よりも内側の領域を覆っていれば、内側の領域に形成された回路部１４への水の浸透を防止できる。すなわち、カバーガラスは、平面視寸法がガードリング１６の外縁の平面視寸法よりも大きければ、平面視寸法が撮像素子チップ１０の平面視寸法より大きくても小さくても、撮像装置１と同様の効果を有する。

なお、マイクロレンズ１３Ｌとカバーガラス３０との間には接着層２０Ｂは配設されていない。このため、マイクロレンズ１３Ｌの集光効率が上がり、感度が高い。なお、接着層２０Ｂは撮像部１３の上側には配設されていないので、透明である必要はなく、遮光機能を有する樹脂等であってもよい。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の撮像装置１Ｃについて説明する。撮像装置１Ｃは撮像装置１、１Ａ、１Ｂと類似しているので同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。

図７及び図８に示すように、撮像装置１Ｃでは撮像素子チップ１０Ｃの第１の主面１０ＳＡには、回路部１４と接続された、バンプである接合電極１５Ｃが形成されている。接合電極１５Ｃには撮像部１３への入出力信号を伝達する信号取り出し導線５０が接合されている。

そして、接着層２０Ｃを介してカバーガラス３０Ｃで覆われていない領域は、封止樹脂４０で封止されている。封止樹脂４０は、エポキシ樹脂又はシリコーン樹脂等の耐湿性に優れた樹脂から選択される。なお、図７等では封止樹脂４０を透明材料として図示しているが、封止樹脂４０は遮光性材料であってもよい。

撮像装置１Ｃは、カバーガラス３０Ｃに替えて直角プリズム等を配設してもよい。

ガードリング１６は、撮像部１３と回路部１４と接合電極１５Ｃとを取り囲んでいる。ガードリング１６の上面は、一部がカバーガラス３０Ｃで覆われ、カバーガラス３０Ｃで覆われていない部分は封止樹脂４０で覆われている。

このため、撮像装置１Ｃは、撮像装置１等と同様の効果を有する。そして、撮像装置１Ｃは貫通配線等を形成する必要がないので撮像装置１等よりも製造が容易である。

次に、図９に第３実施形態の変形例の撮像装置１Ｄを示す。撮像装置１Ｄは撮像装置１Ｃと類似しているが、撮像素子チップ１０Ｃの第１の主面１０ＳＡの撮像部１３の外周部が、カバーガラス３０Ｄで覆われていない。
すなわち、接合電極１５Ｃが形成された領域以外の外周部も、カバーガラス３０Ｄで覆われていない。しかし、カバーガラス３０Ｃで覆われていない外周部においても、接合電極１５Ｃが形成された領域と同じように、ガードリング１６の上面は、封止樹脂４０で覆われている。

撮像装置１Ｄは、撮像装置１Ｃと同様に、ガードリング１６の上面は、一部がカバーガラス３０Ｄで覆われ、カバーガラス３０Ｄで覆われていない部分は、封止樹脂４０で覆われている。

ガードリング１６の外縁よりも内側の領域が、カバーガラス３０Ｄと封止樹脂４０とによって、完全に覆われている撮像装置１Ｄは、撮像装置１等と同様の効果を有する。更に、撮像装置１Ｄは、カバーガラス３０Ｄの寸法及び形状等の自由度が高く、デザイン設計及び構造設計が容易である。

なお、撮像装置１Ｄでは、矩形の撮像部１３を中心とする４方向の外周部領域のうち、接合電極１５Ｃが形成された領域、及び接合電極１５Ｃが形成された領域と撮像部１３をはさんで対向する領域の２つの領域が、カバーガラス３０Ｄで覆われていない。しかし、４方向の外周部領域のうち、接合電極形成領域を含む２領域、３領域、又は４領域が、カバーガラス３０Ｄで覆われていなくても、その領域のガードリング１６の上面が封止樹脂４０で覆われていれば、撮像装置１Ｄと同様の効果を有することは、いうまでもない。

本発明は上述した実施形態、又は変形例等に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等ができる。

１、１Ａ〜１Ｄ…撮像装置、１０…撮像素子チップ、１０ＳＡ…第１の主面、１０ＳＢ…第２の主面、１１…半導体基板、１２…積層膜、１２Ａ…導体層、１２Ｂ…絶縁層、１２Ｃ…絶縁層、１３…撮像部、１３Ｆ…カラーフィルタ、１３Ｌ…マイクロレンズ、１４…回路部、１５…電極パッド、１５Ｃ…接合電極、１６、１６Ｂ…ガードリング、１７…貫通配線、１８…接合端子、２０…接着層、３０…カバーガラス、３１…ポストリング、４０…封止樹脂、５０…信号取り出し導線

Claims (6)

1. 撮像部と、前記撮像部と信号を送受信する、比誘電率が酸化シリコンより低い低誘電率材料からなる絶縁層を含む複数の層を有する回路部と、前記回路部と接続された接合電極と、前記撮像部と前記回路部と前記接合電極とを取り囲む、前記低誘電率材料よりも耐湿性に優れた材料からなるガードリングとが、第１の主面に形成されている撮像素子チップと、
   前記接合電極と接合された導線と、
   前記接合電極と前記導線との接合部を封止する封止樹脂と、
   前記封止樹脂で覆われていない前記ガードリングを覆うように、前記撮像素子チップの前記第１の主面に、前記低誘電率材料よりも耐湿性に優れた接着層を介して接着されている、前記撮像素子チップよりも平面視寸法が小さい透明部材と、を具備することを特徴とする撮像装置。
2. 前記封止樹脂が遮光性材料からなることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記ガードリングが、前記回路部の前記複数の層の材料から選択された１以上の材料からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記ガードリングと前記透明部材との間に、前記接着層の材料よりも耐湿性に優れた材料からなり、前記接着層を分断しているポストリングが配設されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記撮像素子チップの前記第１の主面の前記撮像部を中心とする４方向の外周部領域のうち、前記接合電極が配設されている１つの領域だけが、前記透明部材で覆われておらず、透明な前記接着層よりも耐湿性に優れた前記封止樹脂で覆われていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
6. 前記第１の主面の前記撮像部を中心とする４方向の外周部領域が前記透明部材で覆われておらず、透明な前記接着層よりも耐湿性に優れた前記封止樹脂で覆われていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。

Images