JP2005217154A

JP2005217154A - 固体撮像装置の製造方法

Info

Publication number: JP2005217154A
Application number: JP2004021506A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Koda; 寿朗甲田; Joji Nishida; 丈嗣西田; Hide Yamada; 秀山田
Original assignee: Fujifilm Microdevices Co Ltd; Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp; Fujifilm Microdevices Co Ltd
Priority date: 2004-01-29
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2005-08-11

Abstract

【課題】生産性に優れ且つ電気的信頼性を高めることができる固体撮像素子の製造方法を提供する。
【解決手段】固体撮像素子の製造方法は、それぞれがワイヤーボンディングを接合するためのパッド部を有する複数の固体撮像素子が形成された半導体ウェハを準備する準備工程と、前記半導体ウェハに対して、前記パッド部に堆積する有機薄膜層を除去する有機薄膜層除去工程と、前記有機薄膜層除去工程の後に、前記半導体ウェハをダイシングブレードによりダイシングするダイシング工程と、前記ダイシング工程により個片化された前記複数の固体撮像素子のそれぞれをインナーリード部を有するパッケージに接合する接合工程と、前記パッド部と前記インナーリード部をワイヤーボンディングで接合するワイヤーボンディング工程とを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像装置の製造方法に関し、より詳しくは、固体撮像素子とパッケージのワイヤーボンディング方法に関する。

従来、固体撮像素子と固体撮像素子を収納するためのパッケージとのワイヤーボンディング工程は、一般的に、半導体ウェハをダイシングにより個片化して得られる半導体チップ（固体撮像素子）を、該半導体チップを収納するためのセラミック等からなるパッケージに、銀ペースト等で接合させた後、固体撮像素子のパッド部分とパッケージのインナーリード部分を金線等により結線することにより行われる。

また、半導体ウェハのダイシング処理において、純水を流して切削屑を半導体ウェハ外へ流去させる際に、半導体ウェハ上に乾燥領域が発生し、該乾燥領域に切削屑が、付着する場合がある。そのような乾燥領域を無くすために、半導体ウェハの表面にプラズマ処理を施すことにより、ウェハ表面を親水化することが知られている。（例えば特許文献１参照）。

特開平０５−３３５４１２号公報

半導体ウェハの製造方法によっては、ワイヤーボンディング（例えば、金線、アルミニウム線等）を接合する固体撮像素子のパッド部分の配線層上に、レンズ形成時の有機材料残留及び組み立て以前のアウトガスの堆積によって、有機薄膜層が形成されることがある。

固体撮像素子のパッド部分の配線層上に有機薄膜層が形成されたままワイヤーボンディング工程を行うと、この有機薄膜層の影響で十分なワイヤー接合強度が得られない。よって、ワイヤーボンディング工程の実施前に、有機薄膜層を除去する必要がある。しかし、半導体ウェハをダイシングして、個片化した後に有機薄膜層を除去する場合、処理数量が半導体ウェハ段階に比べて、数百から数千倍も多く必要となり、生産性に影響が出る。

本発明の目的は、生産性に優れ且つ電気的信頼性を高めることができる固体撮像素子の製造方法を提供することである。

本発明の一観点によれば、固体撮像素子の製造方法は、それぞれがワイヤーボンディングを接合するためのパッド部を有する複数の固体撮像素子が形成された半導体ウェハを準備する準備工程と、前記半導体ウェハに対して、前記パッド部に堆積する有機薄膜層を除去する有機薄膜層除去工程と、前記有機薄膜層除去工程の後に、前記半導体ウェハをダイシングブレードによりダイシングするダイシング工程と、前記ダイシング工程により個片化された前記複数の固体撮像素子のそれぞれをインナーリード部を有するパッケージに接合する接合工程と、前記パッド部と前記インナーリード部をワイヤーボンディングで接合するワイヤーボンディング工程とを有する。

本発明によれば、生産性に優れ且つ電気的信頼性を高めることができる固体撮像素子の製造方法を提供することができる。

図１は、本発明の実施例による固体撮像素子の製造方法を説明するための図である。

図１（Ａ）は、本実施例によるプラズマ処理を行う前の半導体ウェハ１の断面図である。

半導体ウェハ１は、例えば、直径６インチ、厚さ５００μｍのシリコンウェハである。半導体ウェハ１には、複数列複数行にわたって固体撮像素子１２が形成されている。

固体撮像素子１２は、例えば、ＣＣＤ型の固体撮像素子であり、多数の光電変換素子、光電変換素子で発生する信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送装置（ＶＣＣＤ）、各光電変換素子上に形成されるマイクロレンズ３２等を含む受光領域、ＶＣＣＤによって転送された信号電荷水平方向に転送する水平電荷転送装置及び出力アンプ等を含む周辺回路を含んで構成される。なお、固体撮像素子１２は、ＣＣＤ型に限らず、ＭＯＳ型等でも良い。

マイクロレンズ３２は、固体撮像素子１２に形成される多数の光電変換素子のそれぞれに対応して、固体撮像素子１２の表面に形成される。マイクロレンズ３２は、例えば、透明樹脂層を平坦化膜上に形成した後、この透明樹脂層をフォトリソグラフィ法等によって所定形状にパターニングした後に、リフローさせることによって形成される。

図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す半導体ウェハ１に形成される各光電変換素子１２のボンディングパット１７部分の拡大図である。

固体撮像素子１２の端部では、半導体基板１１上に、各種の層間絶縁膜の端部１４が延在しており、該層間絶縁膜の端部１４上にアルミニウム（Ａｌ）等の配線層１５が形成されている。配線層１５上には、窒化シリコン（ＳｉＮ）等からなる絶縁層１６が形成されている。絶縁層１６には、開口が形成され、該開口部において配線層１５の表面が露出している。この露出した配線層１５の表面が、ワイヤーボンディングを接合するためのパッド部１７として用いられる。パッド部１７上には、レンズ形成時の有機材料残留及び組み立て以前のアウトガス等による有機薄膜層５０が、約３００Åの厚さで堆積している。本実施例では、図に示すようにパッド部１７に有機薄膜層５０が堆積された状態で、ダイシング処理に先立ち、有機薄膜層５０を除去するための処理を行う。

図２は、半導体ウェハ１に対する有機薄膜層除去処理を説明するための断面図である。図１と同じ参照番号は同様の部材を示す。

図２（Ａ）に示すように、ダイシング処理前の半導体ウェハ１を、減圧方式のＯ_２プラズマチャンバーにセットし、有機薄膜層除去処理を施す。ここでのプラズマ処理条件は、例えば、１３．５６ＭＨｚの高周波電源出力を５０（Ｗ）、チャンバー内真空度２０（Ｔｏｒｒ）、処理に用いるガス流量を１０（ｍｌ／ｍｉｎ）とする。このようなプラズマ処理条件下で、例えば、プラズマ照射時間を１０（ｓｅｃ）とする。なお、プラズマ処理に用いるガスは、Ｏ_２ガスに限らず、Ｏ_２＋Ａｒ混合ガスでも良い。

上記のような条件下で、プラズマ処理を施すことにより、約３００Å程度の厚さの有機薄膜層５０を除去することができ、図２（Ｂ）に示すように、配線層１５の表面であるパッド部１７の金属表面が露出している状態となる。

上記のプラズマ処理により、固体撮像素子１２の表面に形成されるマイクロレンズ３２に対しても同時に親水化処理が施される。マイクロレンズ３２は、例えば、高さ１μｍで、直径３μｍ程度である。上記条件により、マイクロレンズ３２の表面が、０．０３μｍ程度エッチングされるが、マイクロレンズ３２の高さの約３％程度であるので、マイクロレンズ３２の光学特性にはほとんど影響がない。

なお、上記プラズマ条件程度以上の処理条件では、急激な反応によって、上記プラズマ処理の目的である有機薄膜層５０の除去以外の影響、具体的には、マイクロレンズ３２の光学的特性の劣化及び固体撮像素子１２の電気特性劣化が生じる恐れがある。よって、本実施例におけるプラズマ処理は、上述のような低ダメージプラズマ条件であることが必要である。ここで低ダメージプラズマ条件とは、例えば、有機物のエッチングが３００Å以下に抑えられるプラズマ処理条件である。

本実施例では、パッド部１７上に堆積した有機薄膜層５０の厚さを約３００Åとしているので、該有機薄膜層５０を除去するのにはプラズマ処理条件である。なお、本発明者が測定したところ、マイクロレンズ３２形成後のパッド部１７上に堆積した有機薄膜層５０の厚さは、ほぼ２５０Å〜３００Åの範囲内であった。よって、上記の低プラズマ条件で、有機薄膜層５０をほぼ完全に除去できる。

また、有機薄膜層除去のためのプラズマ条件は、上記のプラズマ条件に限らず、パッド部１７上に堆積した有機薄膜層５０の厚さに応じて、プラズマ照射時間を変更したり、堆積物の種類によって、使用ガスを変えたりすることができる。

図３は、本実施例によるワイヤーボンディング工程を表す図である。

まず、パッド部１７上に堆積した有機薄膜層５０を除去した半導体ウェハ１に対してダイシング処理を行い、各チップが一つの光電変換素子１２を含むように個片化する。次ぎに、個片化した光電変換素子１２のチップを、セラミック又はプラスチック等で形成されるパッケージ１９に、銀ペースト１８等で固定する。

その後、パッケージ１９と光電変換素子１２を電気的に接続するためのワイヤーボンディング工程を行う。ワイヤーボンディング工程は、パッケージ１９に設けられるインナーリード部２０と固体撮像素子１２に設けられるパッド部１７とを、金線又はアルミ線等のワイヤーボンディング２１で接続することで行われる。本実施例では、このワイヤーボンディング工程の前に、上述した有機薄膜層除去処理により、パッド部１７上に堆積した有機薄膜層５０を完全に（または、ほぼ完全に）除去しているため、固体撮像素子１２のパッド部１７で、配線層１５の金属面が露出している。よって、該配線層１５の金属面とワイヤーボンディング工程で用いる金線又はアルミ線等のワイヤーボンディング２１との合金形成が容易になるため、接合強度を従来の手法よりも格段に向上させることが可能となる。

このワイヤーボンディング工程の後は、周知の工程により、ガラスもしくは光学部品等をパッケージ１９に装着して固体撮像装置を完成させる。

図４は、本実施例によるパッド上の有機薄膜層除去後の金線からなるワイヤーボンディング２１の接合強度の測定結果を表すグラフである。

図４（Ａ）は、本実施例による有機薄膜層除去処理におけるプラズマ照射時間とワイヤーボンディング２１のボールシェア強度の関係を表すグラフである。横軸がプラズマ照射時間（秒）を表し、縦軸がボールシェア強度（重量グラム）を表す。

プラズマ照射時間が０秒の場合、すなわち、本実施例による有機薄膜層除去処理を行わない場合は、ワイヤーボンディング２１のボールシェア強度は、約５０（ｇｆ）程度以下である。

本実施例による有機薄膜層除去処理にけるプラズマ照射時間を１０秒とすると、ワイヤーボンディング２１のボールシェア強度は、約６０（ｇｆ）〜約７０（ｇｆ）程度に向上する。また、プラズマ照射時間を１１秒以上にした場合も、１０秒の時と同様に、ワイヤーボンディング２１のボールシェア強度は、約６０（ｇｆ）〜約７０（ｇｆ）程度に向上する。

以上のことから明らかなように、本実施例による有機薄膜層除去処理を行うことにより、ワイヤーボンディング２１の接合強度が、格段に向上したことが分かる。

図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すボールシェア強度の測定後のパッド部１７上の金残り数を表すグラフである。横軸がプラズマ照射時間（秒）を表し、縦軸はサンプル数（Ｎ）を表す。

プラズマ照射時間が０秒の場合、すなわち、本実施例による有機薄膜層除去処理を行わない場合は、金残り数は、全てのサンプルにおいて、０％である。このことから、パッド部１７上に有機薄膜層５０が堆積しており、ワイヤーボンディング用の金線２１とパッド部１７との合金化がなされなかったと考えられる。

本実施例による有機薄膜層除去処理にけるプラズマ照射時間を１０秒とすると、金残り数は、６サンプルを除いて全て２０％以上となっており、ほぼ半数が、５０％以上の金残り数を有している。また、プラズマ照射時間を１１秒以上にした場合は、０％の金残り数のサンプルは０となり、７割以上のサンプルにおいて５０％以上の金残り数を有している。このことから、本実施例による有機薄膜層除去処理を行うことにより、ワイヤーボンディング用の金線２１とパッド部１７との合金形成が容易に行われたと考えることができる。

以上、本発明の実施例によれば、有機薄膜層除去処理により、固体撮像素子のパッド上に堆積する有機薄膜層を完全に（または、ほぼ完全に）除去することができる。また、有機薄膜層除去処理をダイシング処理に先立って行うことにより、半導体ウェハに形成される固体撮像素子全てについて一度に有機薄膜層を除去することができる。よって、固体撮像素子の生産性を損なうことがない。

また、本発明の実施例によれば、有機薄膜層を除去して、パッド部で配線層の金属面を露出させてからワイヤーボンディング工程を行うため、パッド部で露出している配線層の金属面とワイヤーボンディング用の金線との合金形成が容易にでき、ワイヤーボンディングの接合強度を格段に向上させることができる。よって、固体撮像装置の電気的信頼性を高めることができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

本発明の実施例による固体撮像素子の製造方法を説明するための図である。半導体ウェハ１に対する有機薄膜層除去処理を説明するための断面図である。本実施例によるワイヤーボンディング工程を表す図である。本実施例によるパッド上の有機薄膜層除去後の金線からなるワイヤーボンディング２１の接合強度の測定結果を表すグラフである。

符号の説明

１…半導体ウェハ、１１…シリコン基板、１２…固体撮像素子、１４…層間絶縁膜、１５…配線層、１６…絶縁層、１７…パッド部、１８…銀ペースト、１９…パッケージ、２０…インナーリード部、２１…ワイヤーボンディング、３２…マイクロレンズ

Claims

それぞれがワイヤーボンディングを接合するためのパッド部を有する複数の固体撮像素子が形成された半導体ウェハを準備する準備工程と、
前記半導体ウェハに対して、前記パッド部に堆積する有機薄膜層を除去する有機薄膜層除去工程と、
前記有機薄膜層除去工程の後に、前記半導体ウェハをダイシングブレードによりダイシングするダイシング工程と、
前記ダイシング工程により個片化された前記複数の固体撮像素子のそれぞれをインナーリード部を有するパッケージに接合する接合工程と、
前記パッド部と前記インナーリード部をワイヤーボンディングで接合するワイヤーボンディング工程と
を有する固体撮像装置の製造方法。
前記有機薄膜層の除去は低ダメージプラズマ処理条件によるプラズマ処理である請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。