JP2008047667A - 固体撮像素子及びその製造方法並びに固体撮像素子用半導体ウェハ - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像素子の製造コストの増大を抑制し、しかも、電気特性不良や接合剥離不良を防止する。
【解決手段】複数の半導体素子が形成された半導体基板の上に無機材料層８ａ，８ｂが形成され、無機材料層８ｂの上に有機材料層１６が形成され、無機材料層８ａ，８ｂ内に半導体素子に接続される複数の電極パッド４が形成される固体撮像素子の製造方法において、複数の電極パッド４の各々の表面をそれぞれ第１部分領域，第２部分領域に分け、無機材料層８ｂの形成後に第１部分領域に達する第１開口２１を開け露出した電極パッド４を用いて半導体素子のプローブ検査を行い、該検査後に有機材料層１６を形成し、有機材料層１６の形成後に第２部分領域に達する第２開口２２を開けて電極パッド４に外部接続を行う。
【選択図】図１

Description

本発明はＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子に係り、特に、電極パッドの良好なワイヤボンディングが可能でしかも製造コストの低コスト化が可能な固体撮像素子及びその製造方法並びに固体撮像素子用半導体ウェハに関する。

固体撮像素子を製造する場合、図３に示す様に、１枚の半導体ウェハ１上に多数個（図示の例では５２個）の固体撮像素子２を製造し、その後、スクライブライン３をダイシングして個々の固体撮像素子２を個片化する。

図４は、図３に示す固体撮像素子２の４チップ分の概略平面図である。個々の固体撮像素子２は夫々矩形形状を成し、周辺部に、電極パッド４が形成されている。図５は、図４のＶ―Ｖ線断面模式図である。

図示する例の固体撮像素子はＣＣＤ型であり、半導体基板１に光電変換素子部を構成するＮ型不純物領域６（１つのみ図示）や信号読出素子となる垂直電荷転送路を構成する図示しない埋め込みチャネルが形成され、埋め込みチャネルの上に転送電極膜７がポリシリコン膜で形成される。

半導体基板１の表面にはＳｉＮ等の保護膜８が積層され、この保護膜８内に電極パッド４がアルミニウム等で形成される。この電極パッド４の上には、ワイヤボンディングするための開口１０が設けられる。

固体撮像素子２は、メモリやＣＰＵ等の他の半導体素子と異なり、フォトダイオードや垂直電荷転送路等が形成された半導体素子チップの保護膜８上に、更に、それぞれ有機材料でなるカラーフィルタ層１１，平坦化層１２，マイクロレンズ層１３等が積層される。

尚、従来技術の電極パッドに関連するものとして、例えば下記特許文献１がある。

特開平５―１８３１４２号公報

固体撮像素子２は、図５に示される様に、半導体基板１上に無機材料層１５（保護膜８）が積層され、更にその上に、有機材料層１６（カラーフィルタ層１１，平坦化層１２，マイクロレンズ層１３）が積層され、電極パッド４は、無機材料層１５内に設けられる。

電極パッド４の表面を外部に露出するために、保護膜８に開口１０が設けられる。保護膜８上に有機材料層１６を積層した後に、電極パッド４上の無機材料層１５及び有機材料層１６を一緒にエッチングして開口１０を開ければ、電極パッド４の清浄な表面を外部に露出することができ、良好なワイヤボンディングが可能となる。

しかし、有機材料層１６まで積層してからでないと開口１０を開けられないのであれば、有機材料層１６を積層する前に、半導体基板１上に形成した素子性能のプローブ検査を行うことができない。つまり、無機材料層１５の積層工程までに不良品が形成されていた場合、それ以後の有機材料層１６の積層工程は無駄となり、固体撮像素子２の製造コストが増大してしまう。

そこで通常は、無機材料層１５の積層工程が終了した後に、開口１０を開けてプローブ検査を行い、その後に、有機材料層１６の積層工程を行う。そして、電極パッド４上の有機材料層１６のエッチング（通常は、有機材料層１１，１２，１３を夫々積層する毎にエッチングを行う。）を行って電極パッド４の表面を外部に露出することになる。

しかし、この場合、エッチングによる有機物残渣が電極パッド４の表面上に残ってしまい、これがワイヤボンドの接合不良の原因となり、電気特性不良や接合剥離不良を引き起こすという問題がある。

本発明の目的は、製造コストの増大を抑制し、しかも、電気特性不良や接合剥離不良を防止することができる固体撮像素子及びその製造方法並びに固体撮像素子用半導体ウェハを提供することにある。

本発明の固体撮像素子の製造方法は、複数の半導体素子が形成された半導体基板の上に無機材料層が形成され、該無機材料層の上に有機材料層が形成され、前記無機材料層内に前記半導体素子に接続される複数の電極パッドが形成される固体撮像素子の製造方法において、複数の前記電極パッドの各々の表面をそれぞれ第１部分領域，第２部分領域に分け、前記無機材料層の形成後に前記第１部分領域に達する第１開口を開け露出した前記電極パッドを用いて前記半導体素子の検査を行い、該検査後に前記有機材料層を形成し、該有機材料層の形成後に前記第２部分領域に達する第２開口を開けて前記電極パッドに外部接続を行うことを特徴とする。

本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第１部分領域と前記第２部分領域とが隣接して個々の電極パッドに設けられることを特徴とする。

本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第１部分領域が外側に前記第２部分領域が内側に設けられたことを特徴とする。

本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記固体撮像素子が半導体ウェハ上に複数個形成され、前記有機材料層の形成後にスクライブラインに沿ってダイシングされて個々の固体撮像素子が個片化される固体撮像素子の製造方法において、前記第１部分領域が前記スクライブライン上に設けられることを特徴とする。

本発明の固体撮像素子の製造方法は、前記第２開口は前記第１開口と離間した位置に設けられることを特徴とする。

本発明の固体撮像素子は、上記のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法で製造されたことを特徴とする。

本発明の固体撮像素子用半導体ウェハは、固体撮像素子の各々が、半導体基板に形成された複数の光電変換素子及び信号読出素子（以下、両者を半導体素子という。）と、該半導体基板上に形成された無機材料層と、該無機材料層内に設けられ前記半導体素子に接続される複数の電極パッドとを備え、複数の前記固体撮像素子が隣接して形成され前記無機材料層の上に有機材料層が形成された後にスクライブラインに沿ってダイシングされることで前記固体撮像素子が個片化される固体撮像素子用半導体ウェハであって、複数の前記電極パッドの各々の表面がそれぞれ第１部分領域，第２部分領域に分けられ、前記無機材料層の形成後に前記第１部分領域に達する開口が開けられたことを特徴とする。

本発明の固体撮像素子用半導体ウェハは、個々の前記電極パッドの前記第１部分領域が前記第２部分領域に隣接して設けられたことを特徴とする。

本発明の固体撮像素子用半導体ウェハは、前記第１部分領域が隣接固体撮像素子側に設けられることを特徴とする。

本発明の固体撮像素子用半導体ウェハは、前記第１部分領域が前記スクライブライン上に設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、固体撮像素子の電極パッドを少なくとも２領域に分割し、一方の領域を用いて検査を行い、他方の領域で外部接続を行うため、製造コストの増大が抑制され、しかも、電気特性不良や接合剥離不良を防止することが可能となる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子における図５の電極パッド４部分の製造工程図である。本実施形態の固体撮像素子では、先ず図１（ａ）に示す様に、半導体基板１の表面に、ＳｉＮ等の無機材料でなる保護膜８ａを積層する。そして、その後、アルミニウム等で電極パッド４を積層し、更にその上を無機材料でなる保護膜８ｂで覆う。

この図１（ａ）に示す状態では、図５に示すＮ領域６や転送電極膜７（ＣＣＤ型イメージセンサの場合。ＣＭＯＳ型イメージセンサの場合には、信号読出素子はＭＯＳトランジスタ回路となる。）も形成されているため、次に、図１（ｂ）に示す様に、電極パッド４の隣接固体撮像素子側に偏奇した一部箇所（以下、甲領域という。）の表面上にある保護膜８ｂをエッチングして第１開口２１を開け、電極パッド４の一部表面を露出させる。これにより、半導体基板１に形成された素子のプローブ検査が可能となる。

プローブ検査が終わった後は、図１（ｃ）に示す様に、保護膜８ｂの上に、有機材料層１６（図５に示すカラーフィルタ層１１，平坦化層１２，マイクロレンズ層１３）を積層する。

例えばカラーフィルタ層１１の形成工程では、Ｒ（赤）カラーフィルタ層を積層した後にエッチングを行ってＲ画素上のＲカラーフィルタ層だけを残し、次にＧ（緑）カラーフィルタ層を積層した後にまたエッチングを行ってＧ画素上にだけＧカラーフィルタ層を残し、最後にＢ（青）カラーフィルタ層を積層した後にＢ画素上だけにＢカラーフィルタ層を残すという工程を行うが、各エッチングは、電極パッド４上では、保護膜８ｂの表面までとし、保護膜８ｂが全てエッチングされてしまうことがないように行う。

有機材料層１６の形成工程が終わると、次に、図１（ｄ）に示す様に、電極パッド４の自身固体撮像素子２の撮像領域側に偏奇した一部箇所（甲領域と重複しない箇所：以下、乙領域という。）の表面上にある保護膜８ｂがエッチングされる様にその上の有機材料層１６を含めてエッチング処理を行って第２開口２２を開け、電極パッド４の表面を露出する。

この場合、好適には、第１開口２１と第２開口２２とが若干離間する位置、即ち、電極パッド４表面において第２開口２２の全周が保護膜８ｂで囲まれる位置に第２開口２２を開ける。

最後に、スクライブライン上をダイシングすることで、固体撮像素子２を個片化する。本実施形態の場合、図２に示す様に、スクライブライン３の内側に入る様に、各電極パッド４の上記甲領域を設けているため、電極パッド４のうち、図１（ｂ）の工程でプローブ検査用に表面が露出された甲領域が全て削られる。

以上述べた様に、本実施形態によれば、電極パッド４の表面領域を甲，乙の２領域に分け、最初に甲領域の表面だけ露出させてプローブ検査を行い、乙領域はワイヤボンディング等の外部接続用としたため、有機材料層の積層工程前にプローブ検査で特性確認や不良品排除が可能となり、また、良好な電気接続も可能になる。

本実施形態では、１つの１つの電極パッド４を２領域に分けるため、パッド面積の増大を最小限に抑制することが可能となる。また、甲領域を外側（隣接固体撮像素子側）、乙領域を自身の撮像領域側とすることで、プローブ検査時のパッド削れ屑などが撮像領域（感光領域）に付着する事態を回避でき、歩留まり低下を抑制することが可能となる。

更に本実施形態では、固体撮像素子が個片化されたとき消失してしまうスクライブライン上に電極パッドの甲領域を設けてスクライブラインを有効利用するため、チップ面積を増大させることなく、プローブ検査と良好な外部接続とを両立させることができる。

この様に、各電極パッドの表面を夫々甲，乙の２領域に分け、無機材料層１５の積層工程までの検査を甲領域だけで行える様にしたため、固体撮像素子の製造工程を、有機材料を用いない半導体基板上への素子形成及び無機材料層１５の積層工程までの無機材料工程と、プローブ検査後に行う有機材料層積層工程の有機材料工程とに２分でき、無機材料工程と有機材料工程とを別々の場所で行うことが可能となる。これにより、無機材料工程で使用する製造装置を、有機材料で汚損する虞がなくなる。

本発明に係る固体撮像素子は、各電極パッドを夫々２領域に分け、一方の領域を用いて無機材料工程で製造した素子等のプローブ検査を行い、残りの他方の領域を用いて外部接続を行うため、検査と良好な外部接続とを両立させることができ、デジタルカメラに搭載する固体撮像素子の製造方法として有用である。

本発明の一実施形態に係る固体撮像素子用電極パッドの開口工程図である。 図１に示す固体撮像素子をウェハから切り出すスクライブラインの説明図である。 固体撮像素子を製造した半導体ウェハの表面模式図である。 図３に示す４チップ分の表面模式図である。 図４のＶ―Ｖ線断面模式図である。

符号の説明

１ 半導体基板（半導体ウェハ）
２ 固体撮像素子
３ スクライブライン
４ 電極パッド
８，８ａ，８ｂ 保護膜（無機材料層）
１１ カラーフィルタ層（有機材料層）
１２ 平坦化膜（有機材料層）
１３ マイクロレンズ層（有機材料層）
１５ 無機材料層
１６ 有機材料層
２１ 第１開口
２２ 第２開口

Claims (10)

1. 複数の半導体素子が形成された半導体基板の上に無機材料層が形成され、該無機材料層の上に有機材料層が形成され、前記無機材料層内に前記半導体素子に接続される複数の電極パッドが形成される固体撮像素子の製造方法において、複数の前記電極パッドの各々の表面をそれぞれ第１部分領域，第２部分領域に分け、前記無機材料層の形成後に前記第１部分領域に達する第１開口を開け露出した前記電極パッドを用いて前記半導体素子の検査を行い、該検査後に前記有機材料層を形成し、該有機材料層の形成後に前記第２部分領域に達する第２開口を開けて前記電極パッドに外部接続を行うことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
2. 前記第１部分領域と前記第２部分領域とが隣接して個々の電極パッドに設けられることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
3. 前記第１部分領域が外側に前記第２部分領域が内側に設けられたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像素子の製造方法。
4. 前記固体撮像素子が半導体ウェハ上に複数個形成され、前記有機材料層の形成後にスクライブラインに沿ってダイシングされて個々の固体撮像素子が個片化される固体撮像素子の製造方法において、前記第１部分領域が前記スクライブライン上に設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
5. 前記第２開口は前記第１開口と離間した位置に設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
6. 請求項１乃至請求項５のいずかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とする固体撮像素子。
7. 固体撮像素子の各々が、半導体基板に形成された複数の光電変換素子及び信号読出素子（以下、両者を半導体素子という。）と、該半導体基板上に形成された無機材料層と、該無機材料層内に設けられ前記半導体素子に接続される複数の電極パッドとを備え、複数の前記固体撮像素子が隣接して形成され前記無機材料層の上に有機材料層が形成された後にスクライブラインに沿ってダイシングされることで前記固体撮像素子が個片化される固体撮像素子用半導体ウェハであって、複数の前記電極パッドの各々の表面がそれぞれ第１部分領域，第２部分領域に分けられ、前記無機材料層の形成後に前記第１部分領域に達する開口が開けられた前記有機材料層の形成前の固体撮像素子用半導体ウェハ。
8. 個々の前記電極パッドの前記第１部分領域が前記第２部分領域に隣接して設けられたことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像素子用半導体ウェハ。
9. 前記第１部分領域が隣接固体撮像素子側に設けられることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の固体撮像素子用半導体ウェハ。
10. 前記第１部分領域が前記スクライブライン上に設けられたことを特徴とする請求項７乃至請求項９のいずれかに記載の固体撮像素子用半導体ウェハ。

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