JP2002043558A - 積層型固体撮像装置 - Google Patents
積層型固体撮像装置Info
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Classifications
-
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-
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- H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
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- H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 接合に用いるバンプに改良を加えることによ
るバンプ形状の不均一性の解消、それによる接合ムラの
解消、及びバンプ接合時の光電変換部へのダメージを緩
和する。 【構成】 透光性基板１０１上に形成した透光性導電
膜１０２と、非晶質半導体を主体とする光電変換膜１０
３と、信号取り出し電極１０４とからなる光電変換部１
０５を、これとは別の基板上に形成した走査回路を有す
る走査回路部１０６の画素電極１０７上に、ポリイミド
などをはじめとした樹脂を材料とすることを特徴とする
微小な樹脂バンプ１０８を形成し、その樹脂バンプ上に
画素毎に分離した導電性の金属薄膜を積層し、これを接
合電極１０９として両者を接合した光導電膜積層型撮像
装置を提供する。
るバンプ形状の不均一性の解消、それによる接合ムラの
解消、及びバンプ接合時の光電変換部へのダメージを緩
和する。 【構成】 透光性基板１０１上に形成した透光性導電
膜１０２と、非晶質半導体を主体とする光電変換膜１０
３と、信号取り出し電極１０４とからなる光電変換部１
０５を、これとは別の基板上に形成した走査回路を有す
る走査回路部１０６の画素電極１０７上に、ポリイミド
などをはじめとした樹脂を材料とすることを特徴とする
微小な樹脂バンプ１０８を形成し、その樹脂バンプ上に
画素毎に分離した導電性の金属薄膜を積層し、これを接
合電極１０９として両者を接合した光導電膜積層型撮像
装置を提供する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、導電性マイクロバ
ンプを用いて光電変換部と走査回路部とを接続して構成
した光電変換膜積層型撮像装置に関するものである。
ンプを用いて光電変換部と走査回路部とを接続して構成
した光電変換膜積層型撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、積層型固体撮像装置においては、
特開平７−１９２６６３号公報で示されるようなインジ
ウムのような柔らかい金属を真空蒸着とリフトオフとで
形成したマイクロバンプ（微小突起電極）による接合を
行なってきた（以下、この手法をインジウムバンプと称
する）。
特開平７−１９２６６３号公報で示されるようなインジ
ウムのような柔らかい金属を真空蒸着とリフトオフとで
形成したマイクロバンプ（微小突起電極）による接合を
行なってきた（以下、この手法をインジウムバンプと称
する）。
【０００３】インジウムのような柔らかい金属を使用す
る理由は、当該光電変換膜がa-Seを主体とする比較的硬
度の低い材料であり、常温で接合できるという点にあ
る。当該光電変換膜に接合する場合、アルミニウムもし
くは金のような硬い金属バンプによる接合は光電変換膜
の物理的破壊につながり、また当該光電変換膜の主成分
であるa-Seはガラス転移温度が４０℃、結晶化温度が８
０℃であるため、溶融したハンダバンプによる接合はa-
Seの膜質劣化を引き起こすために適当な方法ではない。
る理由は、当該光電変換膜がa-Seを主体とする比較的硬
度の低い材料であり、常温で接合できるという点にあ
る。当該光電変換膜に接合する場合、アルミニウムもし
くは金のような硬い金属バンプによる接合は光電変換膜
の物理的破壊につながり、また当該光電変換膜の主成分
であるa-Seはガラス転移温度が４０℃、結晶化温度が８
０℃であるため、溶融したハンダバンプによる接合はa-
Seの膜質劣化を引き起こすために適当な方法ではない。
【０００４】インジウムバンプによる接合は、当該光電
変換膜のような硬度の低い材料と常温接合しなければば
らない場合においては適当な手段である。この手法につ
いては、上述した特開平７−１９２６６３号公報などに
詳しく述べられている。ここで示される方法は、走査回
路上の画素電極にインジウムを材料とする金属バンプを
形成し、画素電極とピッチを同じくして光電変換膜上に
信号取り出し電極を形成し両者をインジウムバンプで接
合することを特徴としている。この方法は画素ピッチが
大きい場合には有効な手段であり、実現可能であるが、
画素ピッチが１５μm程度またはそれ以下になる場合、
困難が伴う。それは、現在のフリップチップボンダで
は、画素ピッチ１５μm程度またはそれ以下の電極同士
の位置合わせが困難であることに起因する。
変換膜のような硬度の低い材料と常温接合しなければば
らない場合においては適当な手段である。この手法につ
いては、上述した特開平７−１９２６６３号公報などに
詳しく述べられている。ここで示される方法は、走査回
路上の画素電極にインジウムを材料とする金属バンプを
形成し、画素電極とピッチを同じくして光電変換膜上に
信号取り出し電極を形成し両者をインジウムバンプで接
合することを特徴としている。この方法は画素ピッチが
大きい場合には有効な手段であり、実現可能であるが、
画素ピッチが１５μm程度またはそれ以下になる場合、
困難が伴う。それは、現在のフリップチップボンダで
は、画素ピッチ１５μm程度またはそれ以下の電極同士
の位置合わせが困難であることに起因する。
【０００５】図１は、従来技術（インジウムバンプを用
いて、信号取り出し電極無しで接合したもの）による撮
像装置の基本構造を示す断面図である。この撮像装置
は、光電変換部１０５と、半導体基板と、この半導体基
板１０６上に配置した画素電極１０７と、さらにこの画
素電極１０７上に配置されたインジウムバンプ（金属バ
ンプ）２０１とから構成されるものである。画素ピッチ
が小さい場合、図１に示すように、接合は光電変換膜上
の信号取り出し電極を介さずに光電変換膜に直接インジ
ウムバンプを接合する手法が取られる。この場合、バン
プが光電変換膜と接触している部位が開口面積となるた
め、バンプ接合の不均一性が開口率（素子面積当りの有
効受光面積）むらとなって現れる。
いて、信号取り出し電極無しで接合したもの）による撮
像装置の基本構造を示す断面図である。この撮像装置
は、光電変換部１０５と、半導体基板と、この半導体基
板１０６上に配置した画素電極１０７と、さらにこの画
素電極１０７上に配置されたインジウムバンプ（金属バ
ンプ）２０１とから構成されるものである。画素ピッチ
が小さい場合、図１に示すように、接合は光電変換膜上
の信号取り出し電極を介さずに光電変換膜に直接インジ
ウムバンプを接合する手法が取られる。この場合、バン
プが光電変換膜と接触している部位が開口面積となるた
め、バンプ接合の不均一性が開口率（素子面積当りの有
効受光面積）むらとなって現れる。
【０００５】バンプ接合に関して問題となるのは接合の
均一性と独立性である。すなわち、走査回路部と光電変
換部の反り、うねり、凹凸及びフリップチップボンダに
よる圧着時に伴う傾きなどの要因をバンプの変形により
吸収して均一に接合するとともに、隣接するバンプ同士
が接触しないように独立して接合することが必要とな
る。均一な接合を得るためにはある程度バンプに変形を
加えることが必要となるが、隣接するバンプ同士が接触
しない条件を考慮する場合、バンプのサイズ、画素ピッ
チにより許容されるバンプ変形量が決定される。例え
ば、画素ピッチ１５μm、バンプ一辺の長さを９μm、バ
ンプ高さ４．５μmとして、近隣のバンプと接触しない
ことを条件として算出するとバンプ高の許容される変形
量は、およそ２．５μmである。これは実験上または計
算上算出されるものである。この許容される変形量を圧
着許容高差と呼ぶことにする。図２は、撮像装置の断面
図であり、圧着許容高差３０１を説明するものである。
図２に示すように、圧着後のバンプ高低差（圧着前のバ
ンプ高−隣接するバンプ同士が接触する直前まで圧着後
のバンプ高）が圧着許容高差３０１に収まれば、近隣の
バンプと接触しない良好な接合を得ることができる。
均一性と独立性である。すなわち、走査回路部と光電変
換部の反り、うねり、凹凸及びフリップチップボンダに
よる圧着時に伴う傾きなどの要因をバンプの変形により
吸収して均一に接合するとともに、隣接するバンプ同士
が接触しないように独立して接合することが必要とな
る。均一な接合を得るためにはある程度バンプに変形を
加えることが必要となるが、隣接するバンプ同士が接触
しない条件を考慮する場合、バンプのサイズ、画素ピッ
チにより許容されるバンプ変形量が決定される。例え
ば、画素ピッチ１５μm、バンプ一辺の長さを９μm、バ
ンプ高さ４．５μmとして、近隣のバンプと接触しない
ことを条件として算出するとバンプ高の許容される変形
量は、およそ２．５μmである。これは実験上または計
算上算出されるものである。この許容される変形量を圧
着許容高差と呼ぶことにする。図２は、撮像装置の断面
図であり、圧着許容高差３０１を説明するものである。
図２に示すように、圧着後のバンプ高低差（圧着前のバ
ンプ高−隣接するバンプ同士が接触する直前まで圧着後
のバンプ高）が圧着許容高差３０１に収まれば、近隣の
バンプと接触しない良好な接合を得ることができる。
【０００６】圧着許容高差３０１を大きくとることは接
合の均一性につながる。圧着許容高差３０１を大きくと
るためには、バンプ高を大きくし、バンプ一辺長を小さ
くすれば良い。しかし、インジウムバンプ形成プロセス
においては、真空蒸着とリフトオフ法、もしくは鍍金法
が用いられるが、いずれの方法においても積層するイン
ジウム膜厚が厚くなるにつれて膜の粒度が大きくなり、
バンプ高の増大はハンプ形状の不均一性を招く。さら
に、バンプ一辺長の縮小に伴い蒸着膜の粒度が無視でき
なくなる。圧着許容高差３０１を大きくとることは、バ
ンプ形状の劣化を伴うこととなり、開口率むらを引き起
こす。この問題はインジウムをはじめとする低融点金属
を材料とする微細なバンプを真空蒸着で作成する場合に
特有な問題であり、バンプ一辺長が比較的大きい場合
（１００μm程度）や比較的高融点の金属（Au,Alなど）
を材料とする場合には、このような問題はおこらない。
合の均一性につながる。圧着許容高差３０１を大きくと
るためには、バンプ高を大きくし、バンプ一辺長を小さ
くすれば良い。しかし、インジウムバンプ形成プロセス
においては、真空蒸着とリフトオフ法、もしくは鍍金法
が用いられるが、いずれの方法においても積層するイン
ジウム膜厚が厚くなるにつれて膜の粒度が大きくなり、
バンプ高の増大はハンプ形状の不均一性を招く。さら
に、バンプ一辺長の縮小に伴い蒸着膜の粒度が無視でき
なくなる。圧着許容高差３０１を大きくとることは、バ
ンプ形状の劣化を伴うこととなり、開口率むらを引き起
こす。この問題はインジウムをはじめとする低融点金属
を材料とする微細なバンプを真空蒸着で作成する場合に
特有な問題であり、バンプ一辺長が比較的大きい場合
（１００μm程度）や比較的高融点の金属（Au,Alなど）
を材料とする場合には、このような問題はおこらない。
【０００７】真空蒸着とリフトオフ法によってインジウ
ムバンプを作成するとき、バンプ形状は蒸着膜の粒度に
依存する。粒度が細かければ良好なバンプ形状を得られ
る。蒸着膜の粒度は蒸着条件に依存し、基板温度、蒸着
面の状態、蒸着時の真空度に依存することが知られてい
る。
ムバンプを作成するとき、バンプ形状は蒸着膜の粒度に
依存する。粒度が細かければ良好なバンプ形状を得られ
る。蒸着膜の粒度は蒸着条件に依存し、基板温度、蒸着
面の状態、蒸着時の真空度に依存することが知られてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】蒸着膜の粒度を細かく
する方法としては、基板温度を下げることが一般的な方
法である。蒸着膜を形成するための基板温度は蒸着材料
の融点に依存し、例えばインジウムの場合−１００℃前
後が好適な基板温度とされる。しかし、液体窒素などを
利用して−１００℃まで冷却を行なう場合、リフトオフ
プロセスで使用されるレジストに変形、もしくはクラッ
クを生じ、現実的な方法ではない。また、蒸着表面を改
善する方法も考えられるが、レジストパターニング後の
ウエハでは十分な洗浄を行なえない。また、蒸着面の濡
れ性の改善としてTiなどの密着層をしいて蒸着を試みて
も、抜本的な改善には至らない。
する方法としては、基板温度を下げることが一般的な方
法である。蒸着膜を形成するための基板温度は蒸着材料
の融点に依存し、例えばインジウムの場合−１００℃前
後が好適な基板温度とされる。しかし、液体窒素などを
利用して−１００℃まで冷却を行なう場合、リフトオフ
プロセスで使用されるレジストに変形、もしくはクラッ
クを生じ、現実的な方法ではない。また、蒸着表面を改
善する方法も考えられるが、レジストパターニング後の
ウエハでは十分な洗浄を行なえない。また、蒸着面の濡
れ性の改善としてTiなどの密着層をしいて蒸着を試みて
も、抜本的な改善には至らない。
【０００９】蒸着時の真空度を高めるためには、通常チ
ャンバのベーキング及び基板加熱を行なうが、リフトオ
フを行なう上では１００℃以上の基板加熱はレジストに
変形を起こし、良好なリフトオフが行なえず、バンプの
均一性が悪化するため、これも現実的な方法ではない。
ャンバのベーキング及び基板加熱を行なうが、リフトオ
フを行なう上では１００℃以上の基板加熱はレジストに
変形を起こし、良好なリフトオフが行なえず、バンプの
均一性が悪化するため、これも現実的な方法ではない。
【００１０】これらのことより、本目的において真空蒸
着とリフトオフの手法を用いる限り、インジウム蒸着膜
の粒度の荒れは避けられない。その結果、この手法にお
いてバンプを作成し安定した接合方法を得るためには膜
の粒度を許容するためのバンプ一辺長が必要となる。実
験から、真空蒸着によるバンプサイズを高さを４．５μ
mとする場合、一辺を８μm以下に下げることは困難であ
る。さらに多画素化、狭ピッチ化する場合はより困難と
なる。
着とリフトオフの手法を用いる限り、インジウム蒸着膜
の粒度の荒れは避けられない。その結果、この手法にお
いてバンプを作成し安定した接合方法を得るためには膜
の粒度を許容するためのバンプ一辺長が必要となる。実
験から、真空蒸着によるバンプサイズを高さを４．５μ
mとする場合、一辺を８μm以下に下げることは困難であ
る。さらに多画素化、狭ピッチ化する場合はより困難と
なる。
【００１１】また、接合時の光電変換膜への影響も問題
である。常温では、a-Seの硬度とインジウムの硬度とは
共に低い。このため接合時にインジウムバンプがa-Se膜
を突き抜けるケースが散見され、接合時の圧力によって
a-Seがダメージを受けていることは明らかである。これ
は、インジウムバンプ法では不可避な問題である。
である。常温では、a-Seの硬度とインジウムの硬度とは
共に低い。このため接合時にインジウムバンプがa-Se膜
を突き抜けるケースが散見され、接合時の圧力によって
a-Seがダメージを受けていることは明らかである。これ
は、インジウムバンプ法では不可避な問題である。
【００１２】本発明の目的は、バンプが均一であり、バ
ンプの不均一に起因する接合むらが発生せず、かつ、光
電変換膜に対する悪影響を軽減する積層型固体撮像装置
を提供することである。
ンプの不均一に起因する接合むらが発生せず、かつ、光
電変換膜に対する悪影響を軽減する積層型固体撮像装置
を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明による積層型固体
撮像装置は、透光性を有する第１の基板と、その第１の
基板の表面上に形成され、外部からの入射光に応じて信
号電荷を生成し及び蓄積する光電変換膜と、第２の基板
と、その第２の基板の表面上に形成された走査回路と、
その走査回路に電気的に接続された複数の画素電極と、
その画素電極上にそれぞれ形成され、金属よりも柔軟性
及び／又は弾性率が高い材料で構成した複数のバンプ
と、そのバンプ上にそれぞれ形成されるとともに、前記
画素電極及び光電変換膜に電気的に接続した複数の導電
性膜とを具えることを特徴とするものである。本発明に
よれば、バンプを金属よりも柔軟性及び／又は弾性率が
高い材料で構成し、そのバンプ上に導電性膜をそれぞれ
形成しているので、バンプが均一となり、その結果、バ
ンプの不均一に起因する接合むらが発生しない。また、
導電性膜を光電変換膜に直接又は信号取り出し電極を介
して接合する際の光電変換膜に対する悪影響が軽減され
る。
撮像装置は、透光性を有する第１の基板と、その第１の
基板の表面上に形成され、外部からの入射光に応じて信
号電荷を生成し及び蓄積する光電変換膜と、第２の基板
と、その第２の基板の表面上に形成された走査回路と、
その走査回路に電気的に接続された複数の画素電極と、
その画素電極上にそれぞれ形成され、金属よりも柔軟性
及び／又は弾性率が高い材料で構成した複数のバンプ
と、そのバンプ上にそれぞれ形成されるとともに、前記
画素電極及び光電変換膜に電気的に接続した複数の導電
性膜とを具えることを特徴とするものである。本発明に
よれば、バンプを金属よりも柔軟性及び／又は弾性率が
高い材料で構成し、そのバンプ上に導電性膜をそれぞれ
形成しているので、バンプが均一となり、その結果、バ
ンプの不均一に起因する接合むらが発生しない。また、
導電性膜を光電変換膜に直接又は信号取り出し電極を介
して接合する際の光電変換膜に対する悪影響が軽減され
る。
【００１４】前記材料を、樹脂とする。例えば前記材料
に、ロックウェル硬度６０以下のポリイミド、シリコー
ン樹脂、エポキシ樹脂、オレフィン樹脂など用いると、
これによって均一な膜厚を有する導電性膜をバンプ表面
上に形成することができ、一辺１０μｍ以下の微細な加
工を容易に行うことができる。
に、ロックウェル硬度６０以下のポリイミド、シリコー
ン樹脂、エポキシ樹脂、オレフィン樹脂など用いると、
これによって均一な膜厚を有する導電性膜をバンプ表面
上に形成することができ、一辺１０μｍ以下の微細な加
工を容易に行うことができる。
【００１５】好適には、前記導電性膜を、前記材料に対
して濡れ性を有し、かつ、延性及び展性が比較的高い金
属によって構成する。これによって、導電性膜のバンプ
に対する接着力が強化され、接合むらが生じる恐れがが
更に低減する。
して濡れ性を有し、かつ、延性及び展性が比較的高い金
属によって構成する。これによって、導電性膜のバンプ
に対する接着力が強化され、接合むらが生じる恐れがが
更に低減する。
【００１６】更に好適には、前記導電性膜が、スパッ
タ、真空蒸着又はめっきによって堆積した複数の金属層
を有する。これによって、導電性膜のバンプに対する接
着力が強化され、接合むらが生じる恐れが一層低減す
る。
タ、真空蒸着又はめっきによって堆積した複数の金属層
を有する。これによって、導電性膜のバンプに対する接
着力が強化され、接合むらが生じる恐れが一層低減す
る。
【００１７】
【発明の実施の形態】図３は、本発明による撮像装置の
基本構造を示す断面図である。即ち、図３は、本発明に
よる積層型固体撮像装置の光電変換部と走査回路部、及
び光電変換部と走査回路部とを圧着接合した状態を示す
ものである。図３に示すように、平坦化されたガラスな
どの透光性基板１０１上に透明電極１０２を形成し、更
にその上に外部からの入射光に応じて信号電荷を生成・
蓄積する光電変換膜１０３を形成し、この光電変換膜１
０３上に、信号取り出し電極１０４をアレイ状に形成
し、光電変換部１０５を構成している。
基本構造を示す断面図である。即ち、図３は、本発明に
よる積層型固体撮像装置の光電変換部と走査回路部、及
び光電変換部と走査回路部とを圧着接合した状態を示す
ものである。図３に示すように、平坦化されたガラスな
どの透光性基板１０１上に透明電極１０２を形成し、更
にその上に外部からの入射光に応じて信号電荷を生成・
蓄積する光電変換膜１０３を形成し、この光電変換膜１
０３上に、信号取り出し電極１０４をアレイ状に形成
し、光電変換部１０５を構成している。
【００１８】シリコンなどの半導体基板１０６上にはMO
Sトランジスタが複数個アレイ状に並んでおり、そのド
レイン側は金属配線を通してこのＭＯＳトランジスタに
対応してアレイ状に配置された画素電極１０７につなが
っている。そして画素電極１０７上に、下部面積が画素
電極より小さく、樹脂をコアとする微細な樹脂バンプ１
０８を形成する。この樹脂バンプ１０８の材料として
は、ポリイミドが好適である。この樹脂バンプ１０８及
びその下の画素電極１０７上には密着性がよく、展性、
延性に優れた金属薄膜を積層する。この金属薄膜は接合
電極（導電性膜）１０９を成し、走査回路部１１０を構
成している。この接合電極１０９のアレイは、各々の画
素電極１０４と独立して導通している。金属薄膜として
は、Cr/Auを使用した。このように構成した走査回路部
１１０における樹脂バンプ１０８上の接合電極１０９
と、光電変換部１０５の信号取り出し電極１０４とが接
合することにより、光電変換部１０５と走査回路部１１
０とが電気的に接続された積層型固体撮像装置が得られ
る。
Sトランジスタが複数個アレイ状に並んでおり、そのド
レイン側は金属配線を通してこのＭＯＳトランジスタに
対応してアレイ状に配置された画素電極１０７につなが
っている。そして画素電極１０７上に、下部面積が画素
電極より小さく、樹脂をコアとする微細な樹脂バンプ１
０８を形成する。この樹脂バンプ１０８の材料として
は、ポリイミドが好適である。この樹脂バンプ１０８及
びその下の画素電極１０７上には密着性がよく、展性、
延性に優れた金属薄膜を積層する。この金属薄膜は接合
電極（導電性膜）１０９を成し、走査回路部１１０を構
成している。この接合電極１０９のアレイは、各々の画
素電極１０４と独立して導通している。金属薄膜として
は、Cr/Auを使用した。このように構成した走査回路部
１１０における樹脂バンプ１０８上の接合電極１０９
と、光電変換部１０５の信号取り出し電極１０４とが接
合することにより、光電変換部１０５と走査回路部１１
０とが電気的に接続された積層型固体撮像装置が得られ
る。
【００１９】次に、本発明による積層型固体撮像装置の
走査回路部１１０の製造方法について説明する。図４
は、樹脂バンプの形成を説明する本発明による撮像装置
の走査回路部の断面図である。図４に示すように、走査
回路部１１０の画素電極１０７上に感光性樹脂などの樹
脂を塗布し、フォトリソ工程により画素電極１０７上に
樹脂バンプ１０８の配列を形成する。感光性でない樹脂
の場合は、その後、ドライエッチングにより樹脂バンプ
１０８の配列を形成する。後にこの樹脂バンプ１０８上
に形成する接合電極１０９と画素電極１０７との電気的
導通を確保するように樹脂バンプ１０８底面は画素電極
より小さく作成して、またバンプ形状は壁面への金属薄
膜形成を促すようテーパー形状にするのが好適である。
走査回路部１１０の製造方法について説明する。図４
は、樹脂バンプの形成を説明する本発明による撮像装置
の走査回路部の断面図である。図４に示すように、走査
回路部１１０の画素電極１０７上に感光性樹脂などの樹
脂を塗布し、フォトリソ工程により画素電極１０７上に
樹脂バンプ１０８の配列を形成する。感光性でない樹脂
の場合は、その後、ドライエッチングにより樹脂バンプ
１０８の配列を形成する。後にこの樹脂バンプ１０８上
に形成する接合電極１０９と画素電極１０７との電気的
導通を確保するように樹脂バンプ１０８底面は画素電極
より小さく作成して、またバンプ形状は壁面への金属薄
膜形成を促すようテーパー形状にするのが好適である。
【００２０】図５は、樹脂バンプ１０８上に接合電極１
０９を形成させた本発明による撮像装置の光電変換部の
断面図である。図５に示すように、接合電極１０９は、
樹脂バンプ１０８と密着性が良好であり展性及び延性の
高い金属（例えばAu、Ag、Pt、Fe、Cu、Al、Niなど）を
用いて、樹脂バンプ１０８上にスパッタ法もしくは真空
蒸着法により作製する。密着性を確保するために接合電
極１０９の金属薄膜を多層膜（Cr,Au+Cu,Auなどの多層
金属膜）にすることが好適である。
０９を形成させた本発明による撮像装置の光電変換部の
断面図である。図５に示すように、接合電極１０９は、
樹脂バンプ１０８と密着性が良好であり展性及び延性の
高い金属（例えばAu、Ag、Pt、Fe、Cu、Al、Niなど）を
用いて、樹脂バンプ１０８上にスパッタ法もしくは真空
蒸着法により作製する。密着性を確保するために接合電
極１０９の金属薄膜を多層膜（Cr,Au+Cu,Auなどの多層
金属膜）にすることが好適である。
【００２１】スパッタ法もしくは真空蒸着法により成膜
した金属膜を独立した接合電極１０９として機能させる
ためにリフトオフもしくはエッチング（イオンミリン
グ）などで画素毎の分離を行う。リフトオフ法を使用す
る場合、金属薄膜の膜厚は、リフトオフ時に破損せず、
かつ良好なリフトオフ可能であるよう適当な厚さに調節
する必要がある。後述する実施例では、Cr層を50nm、Au
層を150nmとした。
した金属膜を独立した接合電極１０９として機能させる
ためにリフトオフもしくはエッチング（イオンミリン
グ）などで画素毎の分離を行う。リフトオフ法を使用す
る場合、金属薄膜の膜厚は、リフトオフ時に破損せず、
かつ良好なリフトオフ可能であるよう適当な厚さに調節
する必要がある。後述する実施例では、Cr層を50nm、Au
層を150nmとした。
【００２２】図６は、本発明による撮像装置の断面図で
あり、接合電極形成の変形例を示すものである。図６Ａ
に示すように接合電極１０９の形成に関して、接合電極
１０９と画素電極１０４との電気的導通の確保のために
樹脂バンプ１０８の位置を画素電極１０４に対してオフ
セットさせる。もしくは、図６Ｂに示すように、樹脂バ
ンプ１０８にビアホールを形成してこれを覆う形で接合
するのが好適である。
あり、接合電極形成の変形例を示すものである。図６Ａ
に示すように接合電極１０９の形成に関して、接合電極
１０９と画素電極１０４との電気的導通の確保のために
樹脂バンプ１０８の位置を画素電極１０４に対してオフ
セットさせる。もしくは、図６Ｂに示すように、樹脂バ
ンプ１０８にビアホールを形成してこれを覆う形で接合
するのが好適である。
【００２３】上述した樹脂バンプ形成に関しては、樹脂
バンプ形状はフォトリソ工程により決定されるため、真
空蒸着にあった粒度の問題は生じない。また、コアとな
る樹脂バンプ１０８の形成時にスピンコート法を使用す
るため、形成される樹脂に十分な膜厚があれば走査回路
部１１０の凹凸は樹脂の流動性により吸収され、塗布後
の樹脂表面は平坦な形状となる。これをフォトリソ、も
しくはエッチングによりパターニングすることにより走
査回路部１１０の凹凸には影響されず、樹脂バンプ１０
８上面が平坦でかつ面積均一でバンプ高の揃った均一な
バンプが形成される。この方法であれば一辺８μm以下
のバンプの形成が可能となり、画素ピッチの縮小に対応
できる。
バンプ形状はフォトリソ工程により決定されるため、真
空蒸着にあった粒度の問題は生じない。また、コアとな
る樹脂バンプ１０８の形成時にスピンコート法を使用す
るため、形成される樹脂に十分な膜厚があれば走査回路
部１１０の凹凸は樹脂の流動性により吸収され、塗布後
の樹脂表面は平坦な形状となる。これをフォトリソ、も
しくはエッチングによりパターニングすることにより走
査回路部１１０の凹凸には影響されず、樹脂バンプ１０
８上面が平坦でかつ面積均一でバンプ高の揃った均一な
バンプが形成される。この方法であれば一辺８μm以下
のバンプの形成が可能となり、画素ピッチの縮小に対応
できる。
【００２４】なお、この方法で形成される樹脂バンプ１
０８の上面の面積は画素電極１０７の面積よりも小さく
なってしまうが、上述したオフセット法、もしくはビア
ホール法を用いるならば、ほぼ画素電極１０７と同じ上
面の面積を持つバンプが形成可能である。また、光電変
換膜１０３上に形成した信号取り出し電極１０４を介し
て接合を行うならば更なる開口率改善が可能である。こ
の場合は樹脂バンプ１０８上面の面積を小さくすること
で、接合時に不可避な水平方向のずれに対応でき、イン
ジウムバンプ法よりも優れている。
０８の上面の面積は画素電極１０７の面積よりも小さく
なってしまうが、上述したオフセット法、もしくはビア
ホール法を用いるならば、ほぼ画素電極１０７と同じ上
面の面積を持つバンプが形成可能である。また、光電変
換膜１０３上に形成した信号取り出し電極１０４を介し
て接合を行うならば更なる開口率改善が可能である。こ
の場合は樹脂バンプ１０８上面の面積を小さくすること
で、接合時に不可避な水平方向のずれに対応でき、イン
ジウムバンプ法よりも優れている。
【００２５】通常の金属バンプを使用する場合と違い、
弾性に富む材料を使用することによって接合時に光電変
換膜１０３に加わるダメージを緩和することができる。
そして常温接合における通常の金属バンプのような塑性
に起因する接合欠陥、接合むらが改善できる。
弾性に富む材料を使用することによって接合時に光電変
換膜１０３に加わるダメージを緩和することができる。
そして常温接合における通常の金属バンプのような塑性
に起因する接合欠陥、接合むらが改善できる。
【００２６】本発明は、上記実施の形態に限定されるも
のではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例え
ば、バンプ形状をテーパー形状以外の他の任意の形状と
することができ、バンプ材料として樹脂以外の他の金属
よりも柔軟性及び／又は弾性率が高い材料を選択するこ
ともできる。
のではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例え
ば、バンプ形状をテーパー形状以外の他の任意の形状と
することができ、バンプ材料として樹脂以外の他の金属
よりも柔軟性及び／又は弾性率が高い材料を選択するこ
ともできる。
【００２７】また、上記実施の形態では、導電性膜（接
合電極）を金属によって構成したが、金属と非導電性材
料との混合物などによって構成することができ、導電性
膜を１層または複数層によって構成することもできる。
合電極）を金属によって構成したが、金属と非導電性材
料との混合物などによって構成することができ、導電性
膜を１層または複数層によって構成することもできる。
【００２８】更に、上記実施の形態では、導電性膜（接
合電極）を信号取り出し電極を介して光電変換膜に接合
した場合について説明したが、接合電極を光電変換膜に
直接接合する場合についても本発明を適用することがで
きる。
合電極）を信号取り出し電極を介して光電変換膜に接合
した場合について説明したが、接合電極を光電変換膜に
直接接合する場合についても本発明を適用することがで
きる。
【００２９】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば従来イ
ンジウムバンプ法で発生していたバンプの不均一性、及
びそれに起因する接合むらを解消することができる。ま
た、インジウムバンプ法で懸念されていた光電変換膜へ
のダメージが緩和される。更に本発明によれば、小型、
薄型で操作性に優れる小型撮像装置の利点と、阻止型構
造の光電変換膜を用いる撮像装置の利点とを兼ね備える
好感度な光電変換膜積層型撮像装置を得ることができ
る。
ンジウムバンプ法で発生していたバンプの不均一性、及
びそれに起因する接合むらを解消することができる。ま
た、インジウムバンプ法で懸念されていた光電変換膜へ
のダメージが緩和される。更に本発明によれば、小型、
薄型で操作性に優れる小型撮像装置の利点と、阻止型構
造の光電変換膜を用いる撮像装置の利点とを兼ね備える
好感度な光電変換膜積層型撮像装置を得ることができ
る。
【図１】 従来技術による撮像装置の基本構造を示す断
面図である。
面図である。
【図２】 圧着許容高差を説明するための撮像装置の断
面図である。
面図である。
【図３】 本発明による撮像装置の基本構造を示す断面
図である。
図である。
【図４】 樹脂バンプの形成を説明する本発明による撮
像装置の走査回路部の断面図である。
像装置の走査回路部の断面図である。
【図５】 接合電極を形成させた本発明による撮像装置
の光電変換部の断面図である。
の光電変換部の断面図である。
【図６】 接合電極形成の変形例を示す本発明による撮
像装置の断面図である。
像装置の断面図である。
【図７】 信号取り出し電極を介して接合された撮像装
置の断面図である。
置の断面図である。
１０１ 透光性基板 １０２ 透光性導電性膜 １０３ 光電変換膜 １０４ 信号取り出し電極 １０５ 光電変換部 １０６ 半導体基板 １０７ 画素電極 １０８ 樹脂マイクロバンプ １０９ 接合電極（導電性膜） １１０ 走査回路部 ２０１ インジウムバンプ ３０１ 圧着許容高差
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年７月２５日（２０００．７．２
５）
５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 積層型固体撮像装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、導電性マイクロバ
ンプを用いて光電変換部と走査回路部とを接続して構成
した光電変換膜積層型撮像装置に関するものである。
ンプを用いて光電変換部と走査回路部とを接続して構成
した光電変換膜積層型撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、積層型固体撮像装置においては、
特開平７−１９２６６３号公報で示されるようなインジ
ウムのような柔らかい金属を真空蒸着とリフトオフとで
形成したマイクロバンプ（微小突起電極）による接合を
行なってきた（以下、この手法をインジウムバンプと称
する）。
特開平７−１９２６６３号公報で示されるようなインジ
ウムのような柔らかい金属を真空蒸着とリフトオフとで
形成したマイクロバンプ（微小突起電極）による接合を
行なってきた（以下、この手法をインジウムバンプと称
する）。
【０００３】インジウムのような柔らかい金属を使用す
る理由は、当該光電変換膜がa-Seを主体とする比較的硬
度の低い材料であり、常温で接合できるという点にあ
る。当該光電変換膜に接合する場合、アルミニウムもし
くは金のような硬い金属バンプによる接合は光電変換膜
の物理的破壊につながり、また当該光電変換膜の主成分
であるa-Seはガラス転移温度が４０℃、結晶化温度が８
０℃であるため、溶融したハンダバンプによる接合はa-
Seの膜質劣化を引き起こすために適当な方法ではない。
る理由は、当該光電変換膜がa-Seを主体とする比較的硬
度の低い材料であり、常温で接合できるという点にあ
る。当該光電変換膜に接合する場合、アルミニウムもし
くは金のような硬い金属バンプによる接合は光電変換膜
の物理的破壊につながり、また当該光電変換膜の主成分
であるa-Seはガラス転移温度が４０℃、結晶化温度が８
０℃であるため、溶融したハンダバンプによる接合はa-
Seの膜質劣化を引き起こすために適当な方法ではない。
【０００４】インジウムバンプによる接合は、当該光電
変換膜のような硬度の低い材料と常温接合しなければば
らない場合においては適当な手段である。この手法につ
いては、上述した特開平７−１９２６６３号公報などに
詳しく述べられている。ここで示される方法は、走査回
路上の画素電極にインジウムを材料とする金属バンプを
形成し、画素電極とピッチを同じくして光電変換膜上に
信号取り出し電極を形成し両者をインジウムバンプで接
合することを特徴としている。この方法は画素ピッチが
大きい場合には有効な手段であり、実現可能であるが、
画素ピッチが１５μm程度またはそれ以下になる場合、
困難が伴う。それは、現在のフリップチップボンダで
は、画素ピッチ１５μm程度またはそれ以下の電極同士
の位置合わせが困難であることに起因する。
変換膜のような硬度の低い材料と常温接合しなければば
らない場合においては適当な手段である。この手法につ
いては、上述した特開平７−１９２６６３号公報などに
詳しく述べられている。ここで示される方法は、走査回
路上の画素電極にインジウムを材料とする金属バンプを
形成し、画素電極とピッチを同じくして光電変換膜上に
信号取り出し電極を形成し両者をインジウムバンプで接
合することを特徴としている。この方法は画素ピッチが
大きい場合には有効な手段であり、実現可能であるが、
画素ピッチが１５μm程度またはそれ以下になる場合、
困難が伴う。それは、現在のフリップチップボンダで
は、画素ピッチ１５μm程度またはそれ以下の電極同士
の位置合わせが困難であることに起因する。
【０００５】図１は、従来技術（インジウムバンプを用
いて、信号取り出し電極無しで接合したもの）による撮
像装置の基本構造を示す断面図である。この撮像装置
は、光電変換部１０５と、半導体基板と、この半導体基
板１０６上に配置した画素電極１０７と、さらにこの画
素電極１０７上に配置されたインジウムバンプ（金属バ
ンプ）２０１とから構成されるものである。画素ピッチ
が小さい場合、図１に示すように、接合は光電変換膜上
の信号取り出し電極を介さずに光電変換膜に直接インジ
ウムバンプを接合する手法が取られる。この場合、バン
プが光電変換膜と接触している部位が開口面積となるた
め、バンプ接合の不均一性が開口率（素子面積当りの有
効受光面積）むらとなって現れる。
いて、信号取り出し電極無しで接合したもの）による撮
像装置の基本構造を示す断面図である。この撮像装置
は、光電変換部１０５と、半導体基板と、この半導体基
板１０６上に配置した画素電極１０７と、さらにこの画
素電極１０７上に配置されたインジウムバンプ（金属バ
ンプ）２０１とから構成されるものである。画素ピッチ
が小さい場合、図１に示すように、接合は光電変換膜上
の信号取り出し電極を介さずに光電変換膜に直接インジ
ウムバンプを接合する手法が取られる。この場合、バン
プが光電変換膜と接触している部位が開口面積となるた
め、バンプ接合の不均一性が開口率（素子面積当りの有
効受光面積）むらとなって現れる。
【０００６】バンプ接合に関して問題となるのは接合の
均一性と独立性である。すなわち、走査回路部と光電変
換部の反り、うねり、凹凸及びフリップチップボンダに
よる圧着時に伴う傾きなどの要因をバンプの変形により
吸収して均一に接合するとともに、隣接するバンプ同士
が接触しないように独立して接合することが必要とな
る。均一な接合を得るためにはある程度バンプに変形を
加えることが必要となるが、隣接するバンプ同士が接触
しない条件を考慮する場合、バンプのサイズ、画素ピッ
チにより許容されるバンプ変形量が決定される。例え
ば、画素ピッチ１５μm、バンプ一辺の長さを９μm、バ
ンプ高さ４．５μmとして、近隣のバンプと接触しない
ことを条件として算出するとバンプ高の許容される変形
量は、およそ２．５μmである。これは実験上または計
算上算出されるものである。この許容される変形量を圧
着許容高差と呼ぶことにする。図２は、撮像装置の断面
図であり、圧着許容高差３０１を説明するものである。
図２に示すように、圧着後のバンプ高低差（圧着前のバ
ンプ高−隣接するバンプ同士が接触する直前まで圧着後
のバンプ高）が圧着許容高差３０１に収まれば、近隣の
バンプと接触しない良好な接合を得ることができる。
均一性と独立性である。すなわち、走査回路部と光電変
換部の反り、うねり、凹凸及びフリップチップボンダに
よる圧着時に伴う傾きなどの要因をバンプの変形により
吸収して均一に接合するとともに、隣接するバンプ同士
が接触しないように独立して接合することが必要とな
る。均一な接合を得るためにはある程度バンプに変形を
加えることが必要となるが、隣接するバンプ同士が接触
しない条件を考慮する場合、バンプのサイズ、画素ピッ
チにより許容されるバンプ変形量が決定される。例え
ば、画素ピッチ１５μm、バンプ一辺の長さを９μm、バ
ンプ高さ４．５μmとして、近隣のバンプと接触しない
ことを条件として算出するとバンプ高の許容される変形
量は、およそ２．５μmである。これは実験上または計
算上算出されるものである。この許容される変形量を圧
着許容高差と呼ぶことにする。図２は、撮像装置の断面
図であり、圧着許容高差３０１を説明するものである。
図２に示すように、圧着後のバンプ高低差（圧着前のバ
ンプ高−隣接するバンプ同士が接触する直前まで圧着後
のバンプ高）が圧着許容高差３０１に収まれば、近隣の
バンプと接触しない良好な接合を得ることができる。
【０００７】圧着許容高差３０１を大きくとることは接
合の均一性につながる。圧着許容高差３０１を大きくと
るためには、バンプ高を大きくし、バンプ一辺長を小さ
くすれば良い。しかし、インジウムバンプ形成プロセス
においては、真空蒸着とリフトオフ法、もしくは鍍金法
が用いられるが、いずれの方法においても積層するイン
ジウム膜厚が厚くなるにつれて膜の粒度が大きくなり、
バンプ高の増大はハンプ形状の不均一性を招く。さら
に、バンプ一辺長の縮小に伴い蒸着膜の粒度が無視でき
なくなる。圧着許容高差３０１を大きくとることは、バ
ンプ形状の劣化を伴うこととなり、開口率むらを引き起
こす。この問題はインジウムをはじめとする低融点金属
を材料とする微細なバンプを真空蒸着で作成する場合に
特有な問題であり、バンプ一辺長が比較的大きい場合
（１００μm程度）や比較的高融点の金属（Au,Alなど）
を材料とする場合には、このような問題はおこらない。
合の均一性につながる。圧着許容高差３０１を大きくと
るためには、バンプ高を大きくし、バンプ一辺長を小さ
くすれば良い。しかし、インジウムバンプ形成プロセス
においては、真空蒸着とリフトオフ法、もしくは鍍金法
が用いられるが、いずれの方法においても積層するイン
ジウム膜厚が厚くなるにつれて膜の粒度が大きくなり、
バンプ高の増大はハンプ形状の不均一性を招く。さら
に、バンプ一辺長の縮小に伴い蒸着膜の粒度が無視でき
なくなる。圧着許容高差３０１を大きくとることは、バ
ンプ形状の劣化を伴うこととなり、開口率むらを引き起
こす。この問題はインジウムをはじめとする低融点金属
を材料とする微細なバンプを真空蒸着で作成する場合に
特有な問題であり、バンプ一辺長が比較的大きい場合
（１００μm程度）や比較的高融点の金属（Au,Alなど）
を材料とする場合には、このような問題はおこらない。
【０００８】真空蒸着とリフトオフ法によってインジウ
ムバンプを作成するとき、バンプ形状は蒸着膜の粒度に
依存する。粒度が細かければ良好なバンプ形状を得られ
る。蒸着膜の粒度は蒸着条件に依存し、基板温度、蒸着
面の状態、蒸着時の真空度に依存することが知られてい
る。
ムバンプを作成するとき、バンプ形状は蒸着膜の粒度に
依存する。粒度が細かければ良好なバンプ形状を得られ
る。蒸着膜の粒度は蒸着条件に依存し、基板温度、蒸着
面の状態、蒸着時の真空度に依存することが知られてい
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】蒸着膜の粒度を細かく
する方法としては、基板温度を下げることが一般的な方
法である。蒸着膜を形成するための基板温度は蒸着材料
の融点に依存し、例えばインジウムの場合−１００℃前
後が好適な基板温度とされる。しかし、液体窒素などを
利用して−１００℃まで冷却を行なう場合、リフトオフ
プロセスで使用されるレジストに変形、もしくはクラッ
クを生じ、現実的な方法ではない。また、蒸着表面を改
善する方法も考えられるが、レジストパターニング後の
ウエハでは十分な洗浄を行なえない。また、蒸着面の濡
れ性の改善としてTiなどの密着層をしいて蒸着を試みて
も、抜本的な改善には至らない。
する方法としては、基板温度を下げることが一般的な方
法である。蒸着膜を形成するための基板温度は蒸着材料
の融点に依存し、例えばインジウムの場合−１００℃前
後が好適な基板温度とされる。しかし、液体窒素などを
利用して−１００℃まで冷却を行なう場合、リフトオフ
プロセスで使用されるレジストに変形、もしくはクラッ
クを生じ、現実的な方法ではない。また、蒸着表面を改
善する方法も考えられるが、レジストパターニング後の
ウエハでは十分な洗浄を行なえない。また、蒸着面の濡
れ性の改善としてTiなどの密着層をしいて蒸着を試みて
も、抜本的な改善には至らない。
【００１０】蒸着時の真空度を高めるためには、通常チ
ャンバのベーキング及び基板加熱を行なうが、リフトオ
フを行なう上では１００℃以上の基板加熱はレジストに
変形を起こし、良好なリフトオフが行なえず、バンプの
均一性が悪化するため、これも現実的な方法ではない。
ャンバのベーキング及び基板加熱を行なうが、リフトオ
フを行なう上では１００℃以上の基板加熱はレジストに
変形を起こし、良好なリフトオフが行なえず、バンプの
均一性が悪化するため、これも現実的な方法ではない。
【００１１】これらのことより、本目的において真空蒸
着とリフトオフの手法を用いる限り、インジウム蒸着膜
の粒度の荒れは避けられない。その結果、この手法にお
いてバンプを作成し安定した接合方法を得るためには膜
の粒度を許容するためのバンプ一辺長が必要となる。実
験から、真空蒸着によるバンプサイズを高さを４．５μ
mとする場合、一辺を８μm以下に下げることは困難であ
る。さらに多画素化、狭ピッチ化する場合はより困難と
なる。
着とリフトオフの手法を用いる限り、インジウム蒸着膜
の粒度の荒れは避けられない。その結果、この手法にお
いてバンプを作成し安定した接合方法を得るためには膜
の粒度を許容するためのバンプ一辺長が必要となる。実
験から、真空蒸着によるバンプサイズを高さを４．５μ
mとする場合、一辺を８μm以下に下げることは困難であ
る。さらに多画素化、狭ピッチ化する場合はより困難と
なる。
【００１２】また、接合時の光電変換膜への影響も問題
である。常温では、a-Seの硬度とインジウムの硬度とは
共に低い。このため接合時にインジウムバンプがa-Se膜
を突き抜けるケースが散見され、接合時の圧力によって
a-Seがダメージを受けていることは明らかである。これ
は、インジウムバンプ法では不可避な問題である。
である。常温では、a-Seの硬度とインジウムの硬度とは
共に低い。このため接合時にインジウムバンプがa-Se膜
を突き抜けるケースが散見され、接合時の圧力によって
a-Seがダメージを受けていることは明らかである。これ
は、インジウムバンプ法では不可避な問題である。
【００１３】本発明の目的は、バンプが均一であり、バ
ンプの不均一に起因する接合むらが発生せず、かつ、光
電変換膜に対する悪影響を軽減する積層型固体撮像装置
を提供することである。
ンプの不均一に起因する接合むらが発生せず、かつ、光
電変換膜に対する悪影響を軽減する積層型固体撮像装置
を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明による積層型固体
撮像装置は、透光性を有する第１の基板と、その第１の
基板の表面上に形成され、外部からの入射光に応じて信
号電荷を生成し及び蓄積する光電変換膜と、第２の基板
と、その第２の基板の表面上に形成された走査回路と、
その走査回路に電気的に接続された複数の画素電極と、
その画素電極上にそれぞれ形成され、金属よりも柔軟性
及び／又は弾性率が高い材料で構成した複数のバンプ
と、そのバンプ上にそれぞれ形成されるとともに、前記
画素電極及び光電変換膜に電気的に接続した複数の導電
性膜とを具えることを特徴とするものである。本発明に
よれば、バンプを金属よりも柔軟性及び／又は弾性率が
高い材料で構成し、そのバンプ上に導電性膜をそれぞれ
形成しているので、バンプが均一となり、その結果、バ
ンプの不均一に起因する接合むらが発生しない。また、
導電性膜を光電変換膜に直接又は信号取り出し電極を介
して接合する際の光電変換膜に対する悪影響が軽減され
る。
撮像装置は、透光性を有する第１の基板と、その第１の
基板の表面上に形成され、外部からの入射光に応じて信
号電荷を生成し及び蓄積する光電変換膜と、第２の基板
と、その第２の基板の表面上に形成された走査回路と、
その走査回路に電気的に接続された複数の画素電極と、
その画素電極上にそれぞれ形成され、金属よりも柔軟性
及び／又は弾性率が高い材料で構成した複数のバンプ
と、そのバンプ上にそれぞれ形成されるとともに、前記
画素電極及び光電変換膜に電気的に接続した複数の導電
性膜とを具えることを特徴とするものである。本発明に
よれば、バンプを金属よりも柔軟性及び／又は弾性率が
高い材料で構成し、そのバンプ上に導電性膜をそれぞれ
形成しているので、バンプが均一となり、その結果、バ
ンプの不均一に起因する接合むらが発生しない。また、
導電性膜を光電変換膜に直接又は信号取り出し電極を介
して接合する際の光電変換膜に対する悪影響が軽減され
る。
【００１５】前記材料を、樹脂とする。例えば前記材料
に、ロックウェル硬度６０以下のポリイミド、シリコー
ン樹脂、エポキシ樹脂、オレフィン樹脂など用いると、
これによって均一な膜厚を有する導電性膜をバンプ表面
上に形成することができ、一辺１０μｍ以下の微細な加
工を容易に行うことができる。
に、ロックウェル硬度６０以下のポリイミド、シリコー
ン樹脂、エポキシ樹脂、オレフィン樹脂など用いると、
これによって均一な膜厚を有する導電性膜をバンプ表面
上に形成することができ、一辺１０μｍ以下の微細な加
工を容易に行うことができる。
【００１６】好適には、前記導電性膜を、前記材料に対
して濡れ性を有し、かつ、延性及び展性が比較的高い金
属によって構成する。これによって、導電性膜のバンプ
に対する接着力が強化され、接合むらが生じる恐れがが
更に低減する。
して濡れ性を有し、かつ、延性及び展性が比較的高い金
属によって構成する。これによって、導電性膜のバンプ
に対する接着力が強化され、接合むらが生じる恐れがが
更に低減する。
【００１７】更に好適には、前記導電性膜が、スパッ
タ、真空蒸着又はめっきによって堆積した複数の金属層
を有する。これによって、導電性膜のバンプに対する接
着力が強化され、接合むらが生じる恐れが一層低減す
る。
タ、真空蒸着又はめっきによって堆積した複数の金属層
を有する。これによって、導電性膜のバンプに対する接
着力が強化され、接合むらが生じる恐れが一層低減す
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】図３は、本発明による撮像装置の
基本構造を示す断面図である。即ち、図３は、本発明に
よる積層型固体撮像装置の光電変換部と走査回路部、及
び光電変換部と走査回路部とを圧着接合した状態を示す
ものである。図３に示すように、平坦化されたガラスな
どの透光性基板１０１上に透明電極１０２を形成し、更
にその上に外部からの入射光に応じて信号電荷を生成・
蓄積する光電変換膜１０３を形成し、この光電変換膜１
０３上に、信号取り出し電極１０４をアレイ状に形成
し、光電変換部１０５を構成している。
基本構造を示す断面図である。即ち、図３は、本発明に
よる積層型固体撮像装置の光電変換部と走査回路部、及
び光電変換部と走査回路部とを圧着接合した状態を示す
ものである。図３に示すように、平坦化されたガラスな
どの透光性基板１０１上に透明電極１０２を形成し、更
にその上に外部からの入射光に応じて信号電荷を生成・
蓄積する光電変換膜１０３を形成し、この光電変換膜１
０３上に、信号取り出し電極１０４をアレイ状に形成
し、光電変換部１０５を構成している。
【００１９】シリコンなどの半導体基板１０６上にはMO
Sトランジスタが複数個アレイ状に並んでおり、そのド
レイン側は金属配線を通してこのＭＯＳトランジスタに
対応してアレイ状に配置された画素電極１０７につなが
っている。そして画素電極１０７上に、下部面積が画素
電極より小さく、樹脂をコアとする微細な樹脂バンプ１
０８を形成する。この樹脂バンプ１０８の材料として
は、ポリイミドが好適である。この樹脂バンプ１０８及
びその下の画素電極１０７上には密着性がよく、展性、
延性に優れた金属薄膜を積層する。この金属薄膜は接合
電極（導電性膜）１０９を成し、走査回路部１１０を構
成している。この接合電極１０９のアレイは、各々の画
素電極１０４と独立して導通している。金属薄膜として
は、Cr/Auを使用した。このように構成した走査回路部
１１０における樹脂バンプ１０８上の接合電極１０９
と、光電変換部１０５の信号取り出し電極１０４とが接
合することにより、光電変換部１０５と走査回路部１１
０とが電気的に接続された積層型固体撮像装置が得られ
る。
Sトランジスタが複数個アレイ状に並んでおり、そのド
レイン側は金属配線を通してこのＭＯＳトランジスタに
対応してアレイ状に配置された画素電極１０７につなが
っている。そして画素電極１０７上に、下部面積が画素
電極より小さく、樹脂をコアとする微細な樹脂バンプ１
０８を形成する。この樹脂バンプ１０８の材料として
は、ポリイミドが好適である。この樹脂バンプ１０８及
びその下の画素電極１０７上には密着性がよく、展性、
延性に優れた金属薄膜を積層する。この金属薄膜は接合
電極（導電性膜）１０９を成し、走査回路部１１０を構
成している。この接合電極１０９のアレイは、各々の画
素電極１０４と独立して導通している。金属薄膜として
は、Cr/Auを使用した。このように構成した走査回路部
１１０における樹脂バンプ１０８上の接合電極１０９
と、光電変換部１０５の信号取り出し電極１０４とが接
合することにより、光電変換部１０５と走査回路部１１
０とが電気的に接続された積層型固体撮像装置が得られ
る。
【００２０】次に、本発明による積層型固体撮像装置の
走査回路部１１０の製造方法について説明する。図４
は、樹脂バンプの形成を説明する本発明による撮像装置
の走査回路部の断面図である。図４に示すように、走査
回路部１１０の画素電極１０７上に感光性樹脂などの樹
脂を塗布し、フォトリソ工程により画素電極１０７上に
樹脂バンプ１０８の配列を形成する。感光性でない樹脂
の場合は、その後、ドライエッチングにより樹脂バンプ
１０８の配列を形成する。後にこの樹脂バンプ１０８上
に形成する接合電極１０９と画素電極１０７との電気的
導通を確保するように樹脂バンプ１０８底面は画素電極
より小さく作成して、またバンプ形状は壁面への金属薄
膜形成を促すようテーパー形状にするのが好適である。
走査回路部１１０の製造方法について説明する。図４
は、樹脂バンプの形成を説明する本発明による撮像装置
の走査回路部の断面図である。図４に示すように、走査
回路部１１０の画素電極１０７上に感光性樹脂などの樹
脂を塗布し、フォトリソ工程により画素電極１０７上に
樹脂バンプ１０８の配列を形成する。感光性でない樹脂
の場合は、その後、ドライエッチングにより樹脂バンプ
１０８の配列を形成する。後にこの樹脂バンプ１０８上
に形成する接合電極１０９と画素電極１０７との電気的
導通を確保するように樹脂バンプ１０８底面は画素電極
より小さく作成して、またバンプ形状は壁面への金属薄
膜形成を促すようテーパー形状にするのが好適である。
【００２１】図５は、樹脂バンプ１０８上に接合電極１
０９を形成させた本発明による撮像装置の光電変換部の
断面図である。図５に示すように、接合電極１０９は、
樹脂バンプ１０８と密着性が良好であり展性及び延性の
高い金属（例えばAu、Ag、Pt、Fe、Cu、Al、Niなど）を
用いて、樹脂バンプ１０８上にスパッタ法もしくは真空
蒸着法により作製する。密着性を確保するために接合電
極１０９の金属薄膜を多層膜（Cr,Au+Cu,Auなどの多層
金属膜）にすることが好適である。
０９を形成させた本発明による撮像装置の光電変換部の
断面図である。図５に示すように、接合電極１０９は、
樹脂バンプ１０８と密着性が良好であり展性及び延性の
高い金属（例えばAu、Ag、Pt、Fe、Cu、Al、Niなど）を
用いて、樹脂バンプ１０８上にスパッタ法もしくは真空
蒸着法により作製する。密着性を確保するために接合電
極１０９の金属薄膜を多層膜（Cr,Au+Cu,Auなどの多層
金属膜）にすることが好適である。
【００２２】スパッタ法もしくは真空蒸着法により成膜
した金属膜を独立した接合電極１０９として機能させる
ためにリフトオフもしくはエッチング（イオンミリン
グ）などで画素毎の分離を行う。リフトオフ法を使用す
る場合、金属薄膜の膜厚は、リフトオフ時に破損せず、
かつ良好なリフトオフ可能であるよう適当な厚さに調節
する必要がある。後述する実施例では、Cr層を50nm、Au
層を150nmとした。
した金属膜を独立した接合電極１０９として機能させる
ためにリフトオフもしくはエッチング（イオンミリン
グ）などで画素毎の分離を行う。リフトオフ法を使用す
る場合、金属薄膜の膜厚は、リフトオフ時に破損せず、
かつ良好なリフトオフ可能であるよう適当な厚さに調節
する必要がある。後述する実施例では、Cr層を50nm、Au
層を150nmとした。
【００２３】図６は、本発明による撮像装置の断面図で
あり、接合電極形成の変形例を示すものである。図６Ａ
に示すように接合電極１０９の形成に関して、接合電極
１０９と画素電極１０４との電気的導通の確保のために
樹脂バンプ１０８の位置を画素電極１０４に対してオフ
セットさせる。もしくは、図６Ｂに示すように、樹脂バ
ンプ１０８にビアホールを形成してこれを覆う形で接合
するのが好適である。
あり、接合電極形成の変形例を示すものである。図６Ａ
に示すように接合電極１０９の形成に関して、接合電極
１０９と画素電極１０４との電気的導通の確保のために
樹脂バンプ１０８の位置を画素電極１０４に対してオフ
セットさせる。もしくは、図６Ｂに示すように、樹脂バ
ンプ１０８にビアホールを形成してこれを覆う形で接合
するのが好適である。
【００２４】上述した樹脂バンプ形成に関しては、樹脂
バンプ形状はフォトリソ工程により決定されるため、真
空蒸着にあった粒度の問題は生じない。また、コアとな
る樹脂バンプ１０８の形成時にスピンコート法を使用す
るため、形成される樹脂に十分な膜厚があれば走査回路
部１１０の凹凸は樹脂の流動性により吸収され、塗布後
の樹脂表面は平坦な形状となる。これをフォトリソ、も
しくはエッチングによりパターニングすることにより走
査回路部１１０の凹凸には影響されず、樹脂バンプ１０
８上面が平坦でかつ面積均一でバンプ高の揃った均一な
バンプが形成される。この方法であれば一辺８μm以下
のバンプの形成が可能となり、画素ピッチの縮小に対応
できる。
バンプ形状はフォトリソ工程により決定されるため、真
空蒸着にあった粒度の問題は生じない。また、コアとな
る樹脂バンプ１０８の形成時にスピンコート法を使用す
るため、形成される樹脂に十分な膜厚があれば走査回路
部１１０の凹凸は樹脂の流動性により吸収され、塗布後
の樹脂表面は平坦な形状となる。これをフォトリソ、も
しくはエッチングによりパターニングすることにより走
査回路部１１０の凹凸には影響されず、樹脂バンプ１０
８上面が平坦でかつ面積均一でバンプ高の揃った均一な
バンプが形成される。この方法であれば一辺８μm以下
のバンプの形成が可能となり、画素ピッチの縮小に対応
できる。
【００２５】なお、この方法で形成される樹脂バンプ１
０８の上面の面積は画素電極１０７の面積よりも小さく
なってしまうが、上述したオフセット法、もしくはビア
ホール法を用いるならば、ほぼ画素電極１０７と同じ上
面の面積を持つバンプが形成可能である。また、光電変
換膜１０３上に形成した信号取り出し電極１０４を介し
て接合を行うならば更なる開口率改善が可能である。こ
の場合は樹脂バンプ１０８上面の面積を小さくすること
で、接合時に不可避な水平方向のずれに対応でき、イン
ジウムバンプ法よりも優れている。
０８の上面の面積は画素電極１０７の面積よりも小さく
なってしまうが、上述したオフセット法、もしくはビア
ホール法を用いるならば、ほぼ画素電極１０７と同じ上
面の面積を持つバンプが形成可能である。また、光電変
換膜１０３上に形成した信号取り出し電極１０４を介し
て接合を行うならば更なる開口率改善が可能である。こ
の場合は樹脂バンプ１０８上面の面積を小さくすること
で、接合時に不可避な水平方向のずれに対応でき、イン
ジウムバンプ法よりも優れている。
【００２６】通常の金属バンプを使用する場合と違い、
弾性に富む材料を使用することによって接合時に光電変
換膜１０３に加わるダメージを緩和することができる。
そして常温接合における通常の金属バンプのような塑性
に起因する接合欠陥、接合むらが改善できる。
弾性に富む材料を使用することによって接合時に光電変
換膜１０３に加わるダメージを緩和することができる。
そして常温接合における通常の金属バンプのような塑性
に起因する接合欠陥、接合むらが改善できる。
【００２７】本発明は、上記実施の形態に限定されるも
のではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例え
ば、バンプ形状をテーパー形状以外の他の任意の形状と
することができ、バンプ材料として樹脂以外の他の金属
よりも柔軟性及び／又は弾性率が高い材料を選択するこ
ともできる。
のではなく、幾多の変更及び変形が可能である。例え
ば、バンプ形状をテーパー形状以外の他の任意の形状と
することができ、バンプ材料として樹脂以外の他の金属
よりも柔軟性及び／又は弾性率が高い材料を選択するこ
ともできる。
【００２８】また、上記実施の形態では、導電性膜（接
合電極）を金属によって構成したが、金属と非導電性材
料との混合物などによって構成することができ、導電性
膜を１層または複数層によって構成することもできる。
合電極）を金属によって構成したが、金属と非導電性材
料との混合物などによって構成することができ、導電性
膜を１層または複数層によって構成することもできる。
【００２９】更に、上記実施の形態では、導電性膜（接
合電極）を信号取り出し電極を介して光電変換膜に接合
した場合について説明したが、接合電極を光電変換膜に
直接接合する場合についても本発明を適用することがで
きる。
合電極）を信号取り出し電極を介して光電変換膜に接合
した場合について説明したが、接合電極を光電変換膜に
直接接合する場合についても本発明を適用することがで
きる。
【００３０】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば従来イ
ンジウムバンプ法で発生していたバンプの不均一性、及
びそれに起因する接合むらを解消することができる。ま
た、インジウムバンプ法で懸念されていた光電変換膜へ
のダメージが緩和される。更に本発明によれば、小型、
薄型で操作性に優れる小型撮像装置の利点と、阻止型構
造の光電変換膜を用いる撮像装置の利点とを兼ね備える
好感度な光電変換膜積層型撮像装置を得ることができ
る。
ンジウムバンプ法で発生していたバンプの不均一性、及
びそれに起因する接合むらを解消することができる。ま
た、インジウムバンプ法で懸念されていた光電変換膜へ
のダメージが緩和される。更に本発明によれば、小型、
薄型で操作性に優れる小型撮像装置の利点と、阻止型構
造の光電変換膜を用いる撮像装置の利点とを兼ね備える
好感度な光電変換膜積層型撮像装置を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術による撮像装置の基本構造を示す断
面図である。
面図である。
【図２】 圧着許容高差を説明するための撮像装置の断
面図である。
面図である。
【図３】 本発明による撮像装置の基本構造を示す断面
図である。
図である。
【図４】 樹脂バンプの形成を説明する本発明による撮
像装置の走査回路部の断面図である。
像装置の走査回路部の断面図である。
【図５】 接合電極を形成させた本発明による撮像装置
の光電変換部の断面図である。
の光電変換部の断面図である。
【図６】 接合電極形成の変形例を示す本発明による撮
像装置の断面図である。
像装置の断面図である。
【図７】 信号取り出し電極を介して接合された撮像装
置の断面図である。
置の断面図である。
【符号の説明】 １０１ 透光性基板 １０２ 透光性導電性膜 １０３ 光電変換膜 １０４ 信号取り出し電極 １０５ 光電変換部 １０６ 半導体基板 １０７ 画素電極 １０８ 樹脂マイクロバンプ １０９ 接合電極（導電性膜） １１０ 走査回路部 ２０１ インジウムバンプ ３０１ 圧着許容高差
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/92 ６０４Ｃ ６０４Ｅ 27/14 Ｄ 31/02 Ｂ (72)発明者 山内 正仁 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 石黒 雄一 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 国分 秀樹 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 渡辺 敏英 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 (72)発明者 阿部 正英 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内 Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB01 BA19 HA22 HA24 HA31 5C024 CY47 EX24 GX12 GX15 HX50 5F088 AB05 BA15 BA20 BB03 DA17 EA04 FA05 FA11 FA20 JA18
Claims (4)
- 【請求項１】 透光性を有する第１の基板と、 その第１の基板の表面上に形成され、外部からの入射光
に応じて信号電荷を生成し及び蓄積する光電変換膜と、 第２の基板と、 その第２の基板の表面上に形成された走査回路と、 その走査回路に電気的に接続された複数の画素電極と、 その画素電極上にそれぞれ形成され、金属よりも柔軟性
及び／又は弾性率が高い材料で構成した複数のバンプ
と、 そのバンプ上にそれぞれ形成されるとともに、前記画素
電極及び光電変換膜に電気的に接続した複数の導電性膜
とを具えることを特徴とする積層型固体撮像装置。 - 【請求項２】 前記材料を樹脂としたことを特徴とする
請求項１に記載の積層型固体撮像装置。 - 【請求項３】 前記導電性膜を、前記材料に対して濡れ
性を有し、かつ、延性及び展性が比較的高い金属によっ
て構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の
積層型固体撮像装置。 - 【請求項４】 前記導電性膜が、スパッタ、真空蒸着ま
たはめっきによって堆積した複数の金属層を有すること
を特徴とする請求項１〜３に記載の積層型固体撮像装
置。
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|---|---|---|---|
| JP2000222779A JP2002043558A (ja) | 2000-07-24 | 2000-07-24 | 積層型固体撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| JP2000222779A JP2002043558A (ja) | 2000-07-24 | 2000-07-24 | 積層型固体撮像装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002043558A true JP2002043558A (ja) | 2002-02-08 |
Family
ID=18716978
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000222779A Pending JP2002043558A (ja) | 2000-07-24 | 2000-07-24 | 積層型固体撮像装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002043558A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7122896B2 (en) | 2003-08-21 | 2006-10-17 | Seiko Epson Corporation | Mounting structure of electronic component, electro-optic device, electronic equipment, and method for mounting electronic component |
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-
2000
- 2000-07-24 JP JP2000222779A patent/JP2002043558A/ja active Pending
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| CN104518090B (zh) * | 2013-09-29 | 2018-09-07 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 图像传感单元及其形成方法 |
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