CN105702692A - 半导体装置及固态摄像装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体装置及固态摄像装置。实施方式的半导体装置具备：半导体基板，具有元件部；绝缘膜，设于所述半导体基板的主面上；配线，设于所述绝缘膜上，与所述元件部电连接；凹凸部，设于所述半导体基板的所述主面侧；及保护膜，以接触所述配线及所述凹凸部，且接触所述绝缘膜的方式设置。

Description

半导体装置及固态摄像装置

相关申请案

本申请案享有以日本专利申请2014-249703号(申请日：2014年12月10日)为基础申请案的优先权。本申请案通过参照所述基础申请案而包含基础申请案的全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及一种半导体装置及固态摄像装置。

背景技术

作为WLCSP(WaferLevelChipScalePackage)类型的半导体装置的一例，已知有如下固态摄像装置，所述固态摄像装置含有具有像素部的传感器部、呈环状形成于所述传感器部上的粘结层、及配置于粘结层上的玻璃基板。这种WLCSP类型的固态摄像装置中，在传感器部的下表面侧，隔着绝缘膜而形成有与像素部电连接的配线。此外，以接触包含所述配线在内的绝缘膜的方式形成阻焊剂膜。阻焊剂膜是以覆盖配线的方式形成，因此能保护配线。

这种现有WLCSP类型的固态摄像装置中，与对含有金属的配线的密接强度相比，阻焊剂膜对绝缘膜的密接强度极其微弱。因此，固态摄像装置的制造步骤中固态摄像装置受损，且固态摄像装置制造后固态摄像装置受到来自外部的损伤，使得绝缘膜产生裂痕、缺陷、龟裂等，由于所述理由而有阻焊剂膜从绝缘膜剥落、固态摄像装置的可靠性下降等问题。

发明内容

本发明的实施方式提供一种能抑制可靠性下降的半导体装置及固态摄像装置。

实施方式的半导体装置具备：半导体基板，具有元件部；绝缘膜，设于所述半导体基板的主面上；配线，设于所述绝缘膜上，与所述元件部电连接；凹凸部，设于所述半导体基板的所述主面侧；及保护膜，以接触所述配线及所述凹凸部，且接触所述绝缘膜的方式设置。

附图说明

图1是第1实施例的固态摄像装置的一剖视图。

图2是将第1实施例的固态摄像装置的下表面的一部分放大表示的俯视图。

图3是用来说明配线形成区域的定义的图。

图4是第2实施例的固态摄像装置的一剖视图。

图5A是将第2实施例的固态摄像装置的下表面的一部分放大表示的俯视图。

图5B是将第2实施例的第1变化例的固态摄像装置的下表面的一部分放大表示的俯视图。

图6是第2实施例的第2变化例的固态摄像装置的一剖视图。

图7是第3实施例的固态摄像装置的一剖视图。

图8是将第3实施例的固态摄像装置的下表面的一部分放大表示的俯视图。

具体实施方式

以下参照附图来详细说明实施例的半导体装置。在以下的各实施例的说明中，详细地说明作为半导体装置的一例的WLCSP(WaferLevelChipScalePackage)类型的固态摄像装置。另外，所谓WLCSP类型的固态摄像装置，是指维持半导体晶片状态批次制造多个固态摄像装置，最后将半导体晶片等切断而形成的固态摄像装置。以下，将WLCSP类型的固态摄像装置称为固态摄像装置。

＜第1实施例＞

图1是表示第1实施例的固态摄像装置的一剖视图。此外，图2是将第1实施例的固态摄像装置的下表面的一部分放大表示的俯视图。

图1及图2所示的固态摄像装置10具有传感器部11、设于所述传感器部11上的粘结层12、及透明基板13，所述透明基板13经由所述粘结层12而设于传感器部11的上方。

传感器部11是通过在作为半导体基板14的一主面的上表面侧，设置作为元件部的像素部15而构成。半导体基板14的像素部15具有多个受光部15a。半导体基板14是含有例如硅的硅基板，多个受光部15a分别为例如光电二极管层。多个受光部15a在半导体基板14的上表面的大致中央部二维排列。

传感器部11中，在半导体基板14的上表面上设有配线层16。配线层16是以如下方式构成的多层配线层：遍及多个层(例如2层)而层叠的多个内部配线17利用层间绝缘膜18而相互绝缘。在所述配线层16的内部，设有与配线层16的内部配线17电连接的多个内部电极19。多个内部配线17及多个内部电极19分别含有例如Al、或Cu等金属材料，层间绝缘膜18含有例如SiO₂等。

另外，为了抑制对内部配线17接收入射光的妨碍，配线层16的内部配线17设为并不覆盖形成于半导体基板14的上表面的受光部15a的正上方。

而且，传感器部11中，在配线层16的上表面上设有与多个受光部15a一起构成像素部15的多个微透镜15b。多个微透镜15b设于多个受光部15a的上方，呈阵列状排列。各个微透镜15b含有例如热流动性的透明树脂材料。各个微透镜15b也可以含有感光性透明树脂材料。

在以此方式构成的传感器部11的上表面上设有粘结层12。粘结层12沿着传感器部11的四边形外周而呈环状设置。更详细来说，粘结层12在传感器部11的配线层16的上表面上、包含所述上表面的外周的特定区域，以包围多个微透镜15b的方式呈环状设置。所述粘结层12的厚度规定传感器部11的上表面(配线层16的上表面)、与后述透明基板13的下表面的距离。因此，为了使透明基板13不接触微透镜15b，粘结层12的厚度至少厚于微透镜15b的高度。这种粘结层12含有例如环氧系热硬化性树脂。

在传感器部11的上方，经由粘结层12而设有透明基板13。传感器部11通过粘结层12而固定于所述透明基板13。透明基板13是被用作使传感器部11的半导体基板14薄型化时的支持基板的基板，含有例如玻璃基板。

由于传感器部11是以此方式利用粘结层12而固定于透明基板13，因此在传感器部11的微透镜15b与透明基板13之间，设有由粘结层12包围的空间S。

这种固态摄像装置10的传感器部11中，在作为半导体基板14的另一主面的下表面上(半导体基板14的上表面的相反一侧的面即下表面上)，形成有绝缘膜20。绝缘膜20是厚度为例如5μm左右的SiO₂膜。

此外，传感器部11的半导体基板14的下表面侧，在绝缘膜20的下表面上形成有多个配线21。多个配线21分别为含有例如Cu等金属的金属配线。

另外，多个配线21分别经由贯穿电极22而电连接于形成于半导体基板14的上表面上的配线层16的内部电极19。即，在内部电极19下方的半导体基板14及层间绝缘膜18形成有贯穿它们的贯穿孔，在贯穿孔的侧壁上设有从半导体基板14的下表面上的绝缘膜20延伸的绝缘膜23。并且，设有绝缘膜23的贯穿孔内以填埋贯穿孔的方式设有例如Cu等金属作为贯穿电极22。这种贯穿电极22在一端部接触内部电极19，另一端部接触配线21。这样，多个配线21的每一个与配线层16的内部电极19通过贯穿电极22而电连接。因此，多个配线21经由贯穿电极22、内部电极19、及内部配线17，而与作为传感器部11的像素部15的元件部电连接。

在各个配线21的下表面上，形成有外部电极24。外部电极24含有例如焊料球。

将图3中以斜线表示的一区域定义为配线形成区域R。配线形成区域R是如下区域，即，设于半导体基板14的下表面侧，由穿过多个配线21的若干边上的线连结形成的外周P闭合，且内部包含所有的配线21。所有的配线21包含于配线形成区域R内。

再次参照图1及图2。在半导体基板14的下表面侧，在配线形成区域R的周围设有构成多个凹凸部的多个凸部。多个凸部含有作为与例如所有配线21实质上绝缘的浮遊配线的虚设配线25a、25b。虚设配线25a、25b分别是含有Cu等金属的金属配线，在包围配线形成区域R的绝缘膜20的下表面上，沿着半导体基板14的下表面的外周而呈环状设置。在本实施例中，两根虚设配线25a、25b设置在相互隔开的位置上。外侧的虚设配线25a是设于配线形成区域R的周围的一根环状配线。此外，内侧的虚设配线25b含有将一根环分割后的多个配线。构成内侧的虚设配线25b的多个配线在配线形成区域R与外侧的虚设配线25a之间，呈环状排列。虚设配线25a、25b分别含有例如线宽10μm左右、厚度5μm左右的Cu等金属配线，且设于如下位置：内侧的虚设配线25b与配线形成区域R的距离L1为20μm、外侧的虚设配线25a与后述保护膜26的端面的距离L2为5μm。

另外，在本申请案中，虚设配线的根数并无限定，且设置的虚设配线可以像外侧的虚设配线25a那样为一根环形状，也可以像内侧的虚设配线25b那样为将一根环分割成多个的形状。而且，虚设配线25a、25b并非必须为金属。虚设配线25a、25b优选含有所述配线25a、25b与保护膜26的密接强度比绝缘膜32与保护膜26的密接强度强的材料。从密接强度的观点出发，虚设配线25a、25b更优选为金属。

在设有这种虚设配线25a、25b及多个配线21的绝缘膜20的下表面上，以接触多个配线21及多个虚设配线25a、25b的各个，且接触从多个配线21及多个虚设配线25a、25b之间露出的绝缘膜20的下表面的方式，形成有保护膜26。保护膜26是用来至少保护配线21的膜，含有例如树脂制的阻焊剂膜。

另外，为了抑制因施加于固态摄像装置10的侧面的损伤使得保护膜26自绝缘膜20剥落，保护膜26设为所述膜26的端面配置于比半导体基板14的侧面略靠内侧。虽然省略了图示，但当保护膜26有角的情况下，通过将此角圆弧化，能够进一步抑制因施加于侧面的压力导致的剥落。

根据以上说明的本实施例的固态摄像装置10，在半导体基板14的下表面侧，形成有含有虚设配线25a、25b的多个凸部，且保护膜26设为与所述多个凸部接触。这样，通过保护膜26与凸部的接触面积部分便能增加保护膜26的接触面积，从而能够抑制保护膜26从绝缘膜20剥落。结果，能够抑制因保护膜26从绝缘膜20剥落导致的固态摄像装置10的可靠性下降。

此外，通过使多个凸部含有作为金属配线的虚设配线25a、25b，能够进一步增强多个凸部对保护膜26的密接强度。因此，能够更有效地抑制保护膜26从绝缘膜20剥落。

此外，在本实施例的固态摄像装置10中，含有虚设配线25a、25b的多个凸部是在半导体基板14的下表面侧设于配线形成区域R的周围。通常，考虑到保护膜26从绝缘膜20的外周剥落的情况，通过将多个凸部设于配线形成区域R的周围，能够更有效地抑制保护膜26从绝缘膜20剥落。

＜第2实施例＞

图4是表示第2实施例的固态摄像装置的一剖视图。此外，图5A是将第2实施例的固态摄像装置的下表面的一部分放大表示的俯视图。图4及图5A所示的固态摄像装置30与第1实施例的固态摄像装置10的不同点在于，在半导体基板14的下表面侧形成凹部作为凹凸部。以下，在说明第2实施例的固态摄像装置30时，说明与第1实施例的固态摄像装置10不同的部分，关于与第1实施例的固态摄像装置10相同的部分附加相同符号并省略其说明。

如图4及图5A所示，在传感器部31的半导体基板14的下表面上，设有厚度为例如5μm左右的SiO₂膜即绝缘膜32。并且，在配线形成区域R的周围的绝缘膜32，设有构成凹凸部的凹部。凹部包围配线形成区域R，含有沿着半导体基板14的下表面的外周设于绝缘膜32的环状槽33。半导体基板14的下表面从槽33露出。在本实施例中，设置一根环状的槽33。槽33具有例如10μm左右的宽度，具有贯穿绝缘膜32的程度的深度。这种槽33设于槽33与配线形成区域R的距离L3为20μm、槽33与保护膜34的端面的距离L4为15μm的位置上。

另外，在本申请案中，槽的根数并无限定，且设置的槽可以像图5A所示那样为一根环形状的槽33，也可以像图5B所示的固态摄像装置30”那样为将一根环分割成多个的形状的槽33”。而且，关于槽的深度也并无限定。可以像图6所示的固态摄像装置30'那样，设置深度为贯穿绝缘膜32并到达半导体基板14'的内部的槽33'。

在设有这种槽33(33”、33')及多个配线21的绝缘膜32的下表面上，以接触多个配线21及槽33(33”、33')的内壁面的方式形成有保护膜34。

根据以上所说明的本实施例的固态摄像装置30(30”、30')，在半导体基板14(14')的下表面侧形成有含有槽33(33”、33')的凹部，且保护膜34设为与凹部的内壁面接触。这样，通过保护膜34与凹部的接触面积部分便能增加保护膜34的接触面积，因此能够抑制保护膜34从绝缘膜32剥落。结果，能够抑制因保护膜34从绝缘膜32剥落导致的固态摄像装置30(30”、30')的可靠性下降。

此外，通过使凹部含有深度为贯穿绝缘膜32并到达半导体基板14'的内部的槽33'，能够进一步增大保护膜34与凹部的接触面积。因此，能够更有效地抑制保护膜34从绝缘膜32剥落。

此外，在本实施例的固态摄像装置30(30”、30')中，含有槽33(33”、33')的凹部是在半导体基板14(14')的下表面侧设于配线形成区域R的周围。因此，根据与第1实施例说明的理由相同的理由，能够更有效地抑制保护膜34从绝缘膜32剥落。

＜第3实施例＞

图7是表示第3实施例的固态摄像装置的一剖视图。此外，图8是将第3实施例的固态摄像装置的下表面的一部分放大表示的俯视图。与第1实施例的固态摄像装置10及第2实施例的固态摄像装置30相比，图7及图8所示的固态摄像装置40在半导体基板14的下表面侧并不形成凹凸，保护膜41的形成区域不同。以下，说明第3实施例的固态摄像装置40时，说明与第1实施例的固态摄像装置10不同的部分，关于与第1实施例的固态摄像装置10相同的部分附加相同符号且省略其说明。

如图7及图8所示，在所述固态摄像装置40中，传感器部42的保护膜41形成为实质上只覆盖配线形成区域R。即，保护膜41形成为所述膜41的端面配置于比配线形成区域R以特定量更靠外侧。于此所谓特定量是指保护膜41用来适当地保护配线的最低限度必要量，在本实施例中为例如L5＝15μm左右。

根据以上说明的本实施例的固态摄像装置40，能够抑制施加于固态摄像装置40的侧面的损伤到达保护膜41，因此能够抑制保护膜41因损伤而剥落。结果，能够抑制因保护膜41从绝缘膜20剥落导致的固态摄像装置40的可靠性下降。

对本发明的若干实施方式进行了说明，但所述多个实施方式是作为示例而提示，并不意图限定发明范围。所述新颖的实施方式能以其他各种形态实施，且在不脱离发明主旨的范围内能进行各种省略、置换、变更。所述实施方式及其变化包含于发明范围或主旨，且包含于权利要求记载的发明及其均等范围内。

例如，在所述各实施例中，作为半导体装置的一例，列举在元件部设有像素部15的固态摄像装置10、30、30”、30'、40为例进行说明。然而，本发明也可以适用于在元件部设有例如场效应晶体管等半导体元件、或使用了这种半导体元件的电路的半导体装置。

而且，在所述各实施例中，举例说明在半导体基板14、14'的一主面侧设置作为元件部的像素部15，在半导体基板14、14'的另一主面侧设有凹凸部的固态摄像装置10、30、30”、30'、40。然而，本发明也可以适用于在半导体基板的一主面侧设有元件部，在元件部周围的半导体基板的一主面侧设有凹凸部的半导体装置。

Claims (14)

1.一种半导体装置，其特征在于具备：

半导体基板，具有元件部；

绝缘膜，设于所述半导体基板的主面上；

配线，设于所述绝缘膜上，与所述元件部电连接；

凹凸部，设于所述半导体基板的所述主面侧；及

保护膜，以接触所述配线及所述凹凸部，且接触所述绝缘膜的方式设置。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：所述凹凸部是设于所述绝缘膜上的凸部。

3.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于：所述凸部是含有金属配线的虚设配线。

4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于：具有多个所述配线，

具有配线形成区域，设于所述半导体基板的所述主面侧，由将所述多个配线的若干边连结形成的外周闭合，且内部包含所有的所述配线，

所述虚设配线设于所述配线形成区域的周围。

5.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于：所述虚设配线为沿着所述半导体基板的所述主面的外周的环形状。

6.根据权利要求4所述的半导体装置，其特征在于：所述虚设配线为被分割后的环形状。

7.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于：所述凹凸部含有设于所述绝缘膜的槽。

8.根据权利要求7所述的半导体装置，其特征在于：具有多个所述配线，

具有配线形成区域，设于所述半导体基板的所述主面侧，由将所述多个配线的若干边连结形成的外周闭合，且内部包含所有的所述配线，

所述槽设于所述配线形成区域的周围。

9.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于：所述槽为沿着所述半导体基板的所述主面的外周的环形状。

10.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于：所述槽为分割后的环形状。

11.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于：所述槽贯穿所述绝缘膜。

12.根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于：所述槽以贯穿所述绝缘膜，到达所述半导体基板的内部的方式设置。

13.一种半导体装置，其特征在于具备：

半导体基板，具有元件部；

绝缘膜，设于所述半导体基板的主面上；

多个配线，设于所述绝缘膜上，分别与所述元件部电连接；及

保护膜，以只覆盖配线形成区域的方式设置，所述配线形成区域是在所述半导体基板的所述主面侧，由将所述多个配线的若干边上的线连结形成的外周，以内部包含所有的所述配线的方式封闭的一区域。

14.一种固态摄像装置，其特征在于具备：

半导体基板，在一主面侧具有像素部；

绝缘膜，设于所述半导体基板的另一主面上；

配线，设于所述绝缘膜上，与所述像素部电连接；

凹凸部，设于所述半导体基板的所述另一主面侧；及

保护膜，以接触所述配线及所述凹凸部，且接触所述绝缘膜的方式设置。