JP2009176949A - Backside irradiation-type solid state image pickup device and its production process - Google Patents

Backside irradiation-type solid state image pickup device and its production process Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce loss and color mixture of an incident light quantity in a backside irradiation-type solid state image pickup device. <P>SOLUTION: Two or more light receiving elements 12 are two-dimensionally arranged within a semiconductor substrate 11, and wiring layers 15 and electrode pads 16 are formed at a front surface 11b side of the semiconductor substrate 11. The semiconductor substrate 11 is made so laminar as to receive light from its backside surface 11a side. A light-shielding film 18 having an opening 18a at a right above region of each light receiving element 12 is prepared on the backside surface 11a side of the semiconductor substrate 11, and a color filter 19 is prepared within the openings 18a of the light-shielding film 18 and on the same plane as the light-shielding film 18. A supporting substrate 22 is pasted onto the front surface 11b side of the semiconductor substrate 11. The electrode pads 16 are partially exposed on the backside surface 11a side of the semiconductor substrate 11. Further, the upper surfaces of the light-shielding film 18 and the color filter 19 are on the same level through planarization. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、配線層が形成されていない裏面側から受光を行う裏面照射型固体撮像装置、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a backside illuminated solid-state imaging device that receives light from the backside where no wiring layer is formed, and a method for manufacturing the same.

デジタルカメラ等の電子式カメラには、半導体チップからなるCCD(Charge Coupled Device)型やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の固体撮像装置が用いられている。これらの電子式カメラは、高機能化と同時に小型化が求められている。これに伴い、固体撮像装置では、高画素化及び画素の微細化が進められている。単純に画素の微細化を行うと、画素中の受光素子への入射光量(感度)が低下するため、各画素の開口率(画素への入射光量に対する受光素子への入射光量の比)を上げることが課題となっている。   In an electronic camera such as a digital camera, a CCD (Charge Coupled Device) type or CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type solid-state imaging device made of a semiconductor chip is used. These electronic cameras are required to be miniaturized as well as to have high functions. Along with this, in the solid-state imaging device, higher pixels and smaller pixels are being promoted. If the pixel is simply miniaturized, the amount of incident light (sensitivity) to the light receiving element in the pixel decreases, so the aperture ratio of each pixel (the ratio of the amount of incident light to the light receiving element to the amount of incident light to the pixel) is increased. This is an issue.

通常、固体撮像装置は、配線層が形成された半導体基板の表面側から入射する光を半導体基板内に形成された受光素子によって受光するように構成されており、配線層による入射光の遮蔽が開口率の向上(つまり、高感度化)を妨げる要因となっている。そこで、近年、高感度化を図るために、裏面照射型固体撮像装置を用いることが提案されている(例えば、特許文献1,2参照)。裏面照射型固体撮像装置とは、半導体基板を薄板化することにより、配線層が形成されていない裏面側に照射される光を受光素子にて受光するように構成されたものである。   Usually, a solid-state imaging device is configured to receive light incident from the surface side of a semiconductor substrate on which a wiring layer is formed by a light receiving element formed in the semiconductor substrate, and the incident light is blocked by the wiring layer. This is a factor that hinders improvement of the aperture ratio (that is, high sensitivity). Therefore, in recent years, it has been proposed to use a back-illuminated solid-state imaging device in order to achieve high sensitivity (see, for example, Patent Documents 1 and 2). The back-illuminated solid-state imaging device is configured so that a light receiving element receives light irradiated on the back side where a wiring layer is not formed by thinning a semiconductor substrate.

このような裏面照射型固体撮像装置においても、有効画素領域を開口し、かつ黒信号を得るための暗画素領域(オプティカルブラック領域)を遮光するための遮光膜が形成される。この遮光膜は、光入射面である裏面側に形成され、遮光膜上には絶縁膜を介してカラーフィルタが形成され、さらにカラーフィルタ上にはマイクロレンズが形成されている(特許文献3参照)。
特開平9−82852号公報 特開2002−222936号公報 特開2006−019653号公報
Also in such a back-illuminated solid-state imaging device, a light shielding film for opening an effective pixel region and shielding a dark pixel region (optical black region) for obtaining a black signal is formed. This light-shielding film is formed on the back side that is the light incident surface, a color filter is formed on the light-shielding film via an insulating film, and a microlens is formed on the color filter (see Patent Document 3). ).
Japanese Patent Laid-Open No. 9-82852 JP 2002-222936 A JP 2006-019653 A

しかしながら、特許文献3記載の裏面照射型固体撮像装置では、遮光膜上にカラーフィルタが設けられていることにより、光入射面からカラーフィルタまでの厚みが大きいため、その間で入射光の一部が吸収され、入射光量にロスが生じることが懸念される。また、光入射面からカラーフィルタまでの厚みが大きいことにより、隣接画素に斜めに入射した光が侵入すること(つまり、混色)が懸念される。   However, in the backside illumination type solid-state imaging device described in Patent Document 3, since the color filter is provided on the light-shielding film, the thickness from the light incident surface to the color filter is large. There is a concern that the amount of incident light is absorbed and a loss occurs. In addition, since the thickness from the light incident surface to the color filter is large, there is a concern that light obliquely incident on adjacent pixels may enter (that is, color mixing).

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、入射光量のロス及び混色を軽減することができる裏面照射型固体撮像装置、及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a back-illuminated solid-state imaging device that can reduce loss of incident light quantity and color mixing, and a method for manufacturing the same.

上記目的を達成するために、本発明の裏面照射型固体撮像装置は、半導体基板内に複数の受光素子が2次元配列され、前記半導体基板の表面側に配線層が形成され、前記表面側とは反対の裏面側から受光を行うように前記半導体基板が薄板化されてなる裏面照射型固体撮像装置において、前記半導体基板の裏面側の前記各受光素子の直上領域に開口部を有する遮光膜と、前記遮光膜の開口部内で、かつ前記遮光膜との同一平面上に形成されたカラーフィルタと、前記半導体基板の表面側に貼着された支持基板と、前記半導体基板の表面側に形成され、かつ前記半導体基板の裏面側に部分的に露呈した複数の電極パッドと、を備えたことを特徴とする。   In order to achieve the above object, in the backside illumination type solid-state imaging device of the present invention, a plurality of light receiving elements are two-dimensionally arranged in a semiconductor substrate, a wiring layer is formed on the surface side of the semiconductor substrate, In the backside illuminated solid-state imaging device in which the semiconductor substrate is thinned so as to receive light from the opposite backside, a light shielding film having an opening in the region directly above each light receiving element on the backside of the semiconductor substrate A color filter formed in the opening of the light-shielding film and on the same plane as the light-shielding film, a support substrate attached to the surface side of the semiconductor substrate, and a surface side of the semiconductor substrate. And a plurality of electrode pads partially exposed on the back side of the semiconductor substrate.

なお、前記遮光膜及びカラーフィルタの上面は、平坦化により同一平面となっていることが好ましい。   The upper surfaces of the light shielding film and the color filter are preferably flush with each other.

また、前記遮光膜は、前記半導体基板を貫通した貫通電極により前記電極パッドのうちのいずれか1つと電気的に接続されていることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the light shielding film is electrically connected to any one of the electrode pads by a through electrode penetrating the semiconductor substrate.

また、前記支持基板がパッケージ基体上に固着され、前記電極パッドと前記パッケージ基体のリード端子とがワイヤを介して接続されていることが好ましい。   Further, it is preferable that the support substrate is fixed on a package base, and the electrode pad and a lead terminal of the package base are connected via a wire.

また、一部の前記電極パッドと前記リード端子との間は、周辺回路素子をフリップ実装することにより接続されていることも好ましい。   It is also preferable that a part of the electrode pads and the lead terminals are connected by flip-mounting peripheral circuit elements.

また、本発明の裏面照射型固体撮像装置の製造方法は、ウエハ状態の半導体基板を用意し、前記半導体基板内に受光素子を形成した後、前記半導体基板の表面上に配線層及び電極パッドを形成する工程と、前記半導体基板の表面側に支持基板を貼り合わせ、前記半導体基板の裏面側を研摩して薄板化する工程と、前記半導体基板の裏面側に導電性材料からなる遮光膜材料層を形成し、この遮光膜材料層をパターニングすることにより、前記各受光素子の直上領域に開口部を有する遮光膜を形成する工程と、前記遮光膜の開口部を埋めるようにカラーフィルタの形成材料の塗布し、塗布した形成材料をパターニングすることにより、カラーフィルタを形成する工程と、前記カラーフィルタの表面を研摩し、前記カラーフィルタ及び前記遮光膜の表面が同一平面となるように平坦化する工程と、前記電極パッドの直上位置を前記半導体基板の裏面側から掘削し、前記電極パッドを部分的に露呈させる工程と、固体撮像装置としての素子領域ごとに前記半導体基板及び前記支持基板を切断して個片化する工程と、を含むことを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a backside illumination type solid-state imaging device, comprising: preparing a semiconductor substrate in a wafer state; forming a light receiving element in the semiconductor substrate; and then providing a wiring layer and an electrode pad on the surface of the semiconductor substrate. A step of forming, a step of laminating a support substrate on the front side of the semiconductor substrate, polishing the back side of the semiconductor substrate to make a thin plate, and a light shielding film material layer made of a conductive material on the back side of the semiconductor substrate And forming a light shielding film having an opening in a region immediately above each light receiving element by patterning the light shielding film material layer, and a color filter forming material so as to fill the opening of the light shielding film And forming a color filter by patterning the applied forming material, polishing the surface of the color filter, and forming the color filter and the light shielding film A step of flattening the surfaces to be the same plane, a step of excavating a position directly above the electrode pad from the back side of the semiconductor substrate to partially expose the electrode pad, and an element region as a solid-state imaging device And cutting the semiconductor substrate and the support substrate into individual pieces.

本発明によれば、遮光膜とカラーフィルタとが同一平面上に形成され、光入射面からカラーフィルタまでの厚みが小さくなるため、入射光量のロス及び混色を軽減することができる。   According to the present invention, since the light shielding film and the color filter are formed on the same plane and the thickness from the light incident surface to the color filter is reduced, it is possible to reduce the loss of incident light quantity and color mixing.

図1において、本発明に係わる裏面照射型固体撮像装置10は、半導体基板(シリコン基板)11をベースとして形成され、半導体基板11中には、フォトダイオードからなる受光素子12が数μmのピッチで2次元配列されている。半導体基板11は、裏面11a側からの光入射を可能とするように、30μm以下(好ましくは、約10μm)の厚みに薄板化されている。受光素子12は、入射光を光電変換することにより信号電荷を生成して蓄積する。   In FIG. 1, a back-illuminated solid-state imaging device 10 according to the present invention is formed on the basis of a semiconductor substrate (silicon substrate) 11, and light receiving elements 12 made of photodiodes are arranged at a pitch of several μm in the semiconductor substrate 11. Two-dimensional array. The semiconductor substrate 11 is thinned to a thickness of 30 μm or less (preferably about 10 μm) so that light can be incident from the back surface 11a side. The light receiving element 12 generates and accumulates signal charges by photoelectrically converting incident light.

半導体基板11の表面11b側には、受光素子12に蓄積された信号電荷を電荷転送路(裏面照射型固体撮像装置10がCCD型の場合)やアンプ(裏面照射型固体撮像装置10がCMOS型の場合)に転送するための転送電極(ゲート電極)13が設けられている。転送電極13は、ポリシリコンなどからなり、その周囲は、酸化シリコンなどからなる保護絶縁膜14により覆われている。保護絶縁膜14の表層には、アルミニウムなどからなる配線層15と、配線層15と同一材料で形成された電極パッド16とが形成されている。   On the front surface 11 b side of the semiconductor substrate 11, signal charges accumulated in the light receiving element 12 are transferred to a charge transfer path (when the backside illumination type solid-state imaging device 10 is a CCD type) or an amplifier (the backside illumination type solid-state imaging device 10 is a CMOS type). A transfer electrode (gate electrode) 13 is provided. The transfer electrode 13 is made of polysilicon or the like, and its periphery is covered with a protective insulating film 14 made of silicon oxide or the like. A wiring layer 15 made of aluminum or the like and an electrode pad 16 made of the same material as the wiring layer 15 are formed on the surface layer of the protective insulating film 14.

一方、半導体基板11の裏面11a側には、酸化シリコンなどからなる絶縁膜17を介して、受光素子12の直上領域に開口部18aを有する遮光膜18が形成されており、遮光膜18の開口部18aには、入射光を分光するためのカラーフィルタ19が形成されている。つまり、遮光膜18とカラーフィルタ19とは同一平面上に形成されている。遮光膜18は、例えば、アルミニウムからなり、カラーフィルタ19は、例えば、フォトレジスト材に顔料を分散させた顔料分散型カラーレジストからなる。さらに、遮光膜18とカラーフィルタ19との上面は、平坦化により同一平面となっており、この上には表面を保護するための絶縁膜20が形成されている。   On the other hand, on the back surface 11 a side of the semiconductor substrate 11, a light shielding film 18 having an opening 18 a is formed in a region immediately above the light receiving element 12 via an insulating film 17 made of silicon oxide or the like. A color filter 19 for separating incident light is formed in the portion 18a. That is, the light shielding film 18 and the color filter 19 are formed on the same plane. The light shielding film 18 is made of, for example, aluminum, and the color filter 19 is made of, for example, a pigment dispersion type color resist in which a pigment is dispersed in a photoresist material. Further, the upper surfaces of the light shielding film 18 and the color filter 19 are flush with each other by planarization, and an insulating film 20 for protecting the surface is formed thereon.

また、半導体基板11の裏面11a側から表面11b側に貫通するように貫通電極21が形成されており、この貫通電極21は、遮光膜18を1つの電極パッド16に接続している。そして、配線層15及び電極パッド16が形成された保護絶縁膜14の表面には、支持基板22が貼着されている。   A through electrode 21 is formed so as to penetrate from the back surface 11 a side to the front surface 11 b side of the semiconductor substrate 11, and the through electrode 21 connects the light shielding film 18 to one electrode pad 16. And the support substrate 22 is affixed on the surface of the protective insulating film 14 in which the wiring layer 15 and the electrode pad 16 were formed.

電極パッド16は、周縁部に設けられ、光入射側に露呈するように、その直上に積層された保護絶縁膜14、半導体基板11、絶縁膜17、遮光膜18、及び絶縁膜20が部分的に除去されている。   The electrode pad 16 is provided at the peripheral portion, and the protective insulating film 14, the semiconductor substrate 11, the insulating film 17, the light shielding film 18, and the insulating film 20 stacked directly thereon are partially exposed so as to be exposed to the light incident side. Has been removed.

支持基板22は、半導体基板11との熱膨張係数の相違による反りの発生を防止するために、例えば、半導体基板11と同じシリコンにより形成されている。   The support substrate 22 is made of, for example, the same silicon as the semiconductor substrate 11 in order to prevent the occurrence of warping due to the difference in thermal expansion coefficient with the semiconductor substrate 11.

図2は、遮光膜18及びカラーフィルタ19の平面図である。遮光膜18は、画素間を遮光するとともに、黒信号を得るための暗画素領域(オプティカルブラック領域)23を遮光している。カラーフィルタ19は、分光特性の異なる3種の色セグメント19a〜19bからなる。色セグメント19aは、赤色光を透過させるフィルタであり、符号Rを付して示している。色セグメント19bは、緑色光を透過させるフィルタであり、符号Gを付して示している。色セグメント19cは、青色光を透過させるフィルタであり、符号Bを付して示している。各色セグメント19a〜19cの配列は、いわゆるベイヤー配列となっている。   FIG. 2 is a plan view of the light shielding film 18 and the color filter 19. The light shielding film 18 shields light between pixels and shields a dark pixel region (optical black region) 23 for obtaining a black signal. The color filter 19 includes three color segments 19a to 19b having different spectral characteristics. The color segment 19a is a filter that allows red light to pass through, and is indicated with a symbol R. The color segment 19b is a filter that transmits green light, and is indicated by a reference symbol G. The color segment 19c is a filter that transmits blue light, and is denoted by reference numeral B. The arrangement of the color segments 19a to 19c is a so-called Bayer arrangement.

以上のように構成された裏面照射型固体撮像装置10は、遮光膜18とカラーフィルタ19とが同一平面状に形成されているため、光入射面(裏面11a)からカラーフィルタ19までの厚みが小さいため、その間での入射光の吸収率が低下し、入射光量のロスが軽減される。また、これにより、隣接画素に斜めに入射した光(隣接画素のカラーフィルタ19を通過した光)が受光素子12入射すること(つまり、混色)が軽減される。   In the back-illuminated solid-state imaging device 10 configured as described above, since the light shielding film 18 and the color filter 19 are formed in the same plane, the thickness from the light incident surface (back surface 11a) to the color filter 19 is large. Since it is small, the absorption rate of the incident light in the meantime decreases, and the loss of the incident light amount is reduced. This also reduces the incidence (that is, color mixing) of the light incident on the adjacent pixel (light that has passed through the color filter 19 of the adjacent pixel) and incident on the light receiving element 12.

この裏面照射型固体撮像装置10は、前述のように電極パッド16が形成されているため、図3に示すように、パッケージ基体30に、通常のワイヤボンディング法により実装を行うことができる。パッケージ基体30は、上部が開放された開放容器形状であり、例えば、セラミックにより形成されている。パッケージ基体30の側部には、複数のリード端子31が形成されている。   Since the back-illuminated solid-state imaging device 10 has the electrode pads 16 formed as described above, it can be mounted on the package substrate 30 by a normal wire bonding method as shown in FIG. The package base 30 has an open container shape with an open top, and is made of, for example, ceramic. A plurality of lead terminals 31 are formed on the side of the package base 30.

裏面照射型固体撮像装置10は、パッケージ基体30の底面に支持基板22が対向するように、接着層32を介して固着されている。電極パッド16は、リード端子31のパッケージ基体30内に露呈した部分(インナーリード部)にワイヤ33を介して接続されている。そして、パッケージ基体30の上部の開口は、カバーガラス34により封止されており、カバーガラス34の周縁部は、接着層35によりパッケージ基体30の上端部に接着されている。   The backside illumination type solid-state imaging device 10 is fixed via an adhesive layer 32 so that the support substrate 22 faces the bottom surface of the package base 30. The electrode pad 16 is connected to a portion (inner lead portion) exposed in the package base 30 of the lead terminal 31 via a wire 33. The upper opening of the package base 30 is sealed with a cover glass 34, and the periphery of the cover glass 34 is bonded to the upper end of the package base 30 with an adhesive layer 35.

これにより、遮光膜18は、リード端子31のいずれか1つに接続されるため、グランド電位等の一定電位に設定可能である。   Thereby, since the light shielding film 18 is connected to any one of the lead terminals 31, it can be set to a constant potential such as a ground potential.

次に、裏面照射型固体撮像装置10の製造方法を図4〜図7に示す製造工程図に沿って説明する。まず、ウエハ状態の半導体基板11を用意し、周知の半導体ウエハプロセス技術により、図4(A)に示すように、半導体基板11内に受光素子12等を形成し、半導体基板11の表面11b側に転送電極13と、これを覆う保護絶縁膜14とを形成し、保護絶縁膜14の表層に配線層15と電極パッド16とを形成する。転送電極13はポリシリコン、保護絶縁膜14は酸化シリコン、配線層15及び電極パッド16はアルミニウムにより形成する。なお、半導体基板11には、固体撮像装置としての素子領域をマトリクス状に複数形成する。   Next, a manufacturing method of the backside illumination type solid-state imaging device 10 will be described with reference to manufacturing process diagrams shown in FIGS. First, a semiconductor substrate 11 in a wafer state is prepared, and a light receiving element 12 and the like are formed in the semiconductor substrate 11 by a well-known semiconductor wafer process technique, as shown in FIG. A transfer electrode 13 and a protective insulating film 14 covering the transfer electrode 13 are formed, and a wiring layer 15 and an electrode pad 16 are formed on the surface layer of the protective insulating film 14. The transfer electrode 13 is made of polysilicon, the protective insulating film 14 is made of silicon oxide, and the wiring layer 15 and the electrode pad 16 are made of aluminum. Note that a plurality of element regions as solid-state imaging devices are formed in a matrix on the semiconductor substrate 11.

次いで、図4(B)に示すように、半導体基板11の上下を反転させ、配線層15及び電極パッド16が形成された面を、シリコンにより形成された支持基板22に貼り合せる。こうして支持基板22により半導体基板11を支持した状態で、バックグラインド法により、半導体基板11の裏面11a側を研摩し、図4(C)に示すように、半導体基板11を薄板化する。これにより、半導体基板11を、裏面11a側から受光素子12への光入射が可能な厚さ(30μm以下(好ましくは、約10μm))とする。   Next, as shown in FIG. 4B, the semiconductor substrate 11 is turned upside down, and the surface on which the wiring layer 15 and the electrode pad 16 are formed is bonded to a support substrate 22 made of silicon. With the semiconductor substrate 11 supported by the support substrate 22 in this way, the back surface 11a side of the semiconductor substrate 11 is polished by the back grinding method, and the semiconductor substrate 11 is thinned as shown in FIG. 4C. Thereby, the semiconductor substrate 11 is set to a thickness (30 μm or less (preferably about 10 μm)) that allows light to be incident on the light receiving element 12 from the back surface 11a side.

次いで、半導体基板11の裏面11aにCVD(Chemical Vapor Deposition)法により酸化シリコンを堆積して絶縁膜17を形成した後、図5(A)に示すように、前述の貫通電極21の形成領域(電極パッド16の直上領域)に開口を有するレジストマスク40をフォトリソグラフィ技術により絶縁膜17上に形成し、このレジストマスク40に基づいてエッチング(異方性エッチング)を行うことにより裏面側から電極パッド16へ貫通する貫通孔41を形成する。   Next, after depositing silicon oxide on the back surface 11a of the semiconductor substrate 11 by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method to form an insulating film 17, as shown in FIG. A resist mask 40 having an opening in the region immediately above the electrode pad 16 is formed on the insulating film 17 by photolithography, and etching (anisotropic etching) is performed based on the resist mask 40 to thereby form the electrode pad from the back side. 16 is formed.

次いで、レジストマスク40を除去し、アルミニウムなどの導電性材料で貫通孔41を埋めることにより、図5(B)に示すように、貫通電極21を形成し、スパッタ法により、絶縁膜17上にアルミニウムなどの導電性材料からなる遮光膜材料層42を形成する。このとき、形成された遮光膜材料層42は、貫通電極21と接合される。   Next, the resist mask 40 is removed, and the through-hole 41 is filled with a conductive material such as aluminum, thereby forming the through-electrode 21 as shown in FIG. 5B, and the insulating film 17 is formed on the insulating film 17 by sputtering. A light shielding film material layer 42 made of a conductive material such as aluminum is formed. At this time, the formed light shielding film material layer 42 is bonded to the through electrode 21.

次いで、図5(C)に示すように、前述のカラーフィルタ19の形成領域(受光素子12の直上領域)に開口を有するレジストマスク43をフォトリソグラフィ技術により遮光膜材料層42上に形成し、このレジストマスク43に基づいて遮光膜材料層42をエッチング(異方性エッチング)することにより、前述の遮光膜18を形成する。   Next, as shown in FIG. 5C, a resist mask 43 having an opening in the color filter 19 formation region (a region immediately above the light receiving element 12) is formed on the light shielding film material layer 42 by photolithography. The light shielding film 18 is formed by etching (anisotropic etching) the light shielding film material layer 42 based on the resist mask 43.

次いで、レジストマスク43を除去し、図6(A)に示すように、緑色の顔料を分散させた感光性のフォトレジスト材44をスピンコート法によって塗布し、フォトリソグラフィ技術により、図6(B)に示すように、前述のカラーフィルタ19のうち緑色光を透過させる色セグメント19bを形成する。同様に、顔料を分散させたフォトレジスト材の塗布とフォトリソグラフィを繰り返し、図6(C)に示すように、赤色光を透過させる色セグメント19a、青色光を透過させる色セグメント19bを形成する。   Next, the resist mask 43 is removed, and a photosensitive photoresist material 44 in which a green pigment is dispersed is applied by spin coating as shown in FIG. ), A color segment 19b that transmits green light is formed in the color filter 19 described above. Similarly, application of a photoresist material in which a pigment is dispersed and photolithography are repeated to form a color segment 19a that transmits red light and a color segment 19b that transmits blue light, as shown in FIG. 6C.

このとき、各色セグメント19a〜19cの厚みにはばらつきが生じるため、次いで、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法により、図7(A)に示すように、カラーフィルタ19の上面を研摩し、カラーフィルタ19の上面と遮光膜18の上面が同一平面となるように平坦化する。このCMP法による研摩時には、遮光膜18をストッパとして用い、研摩を停止させる。   At this time, since the thickness of each color segment 19a to 19c varies, the upper surface of the color filter 19 is then polished by CMP (Chemical Mechanical Polishing) as shown in FIG. And the light shielding film 18 are flattened so that they are flush with each other. At the time of polishing by this CMP method, the light shielding film 18 is used as a stopper to stop the polishing.

次いで、図7(B)に示すように、CVD法により遮光膜18及びカラーフィルタ19の上面を覆うように絶縁膜20を形成する。そして、エッチングまたはダイシング法により、電極パッド16の直上位置を絶縁膜20側から掘削し、図7(C)に示すように、電極パッド16を部分的に露呈させる開口を形成する。   Next, as shown in FIG. 7B, an insulating film 20 is formed so as to cover the upper surfaces of the light shielding film 18 and the color filter 19 by the CVD method. Then, the position immediately above the electrode pad 16 is excavated from the insulating film 20 side by etching or dicing, and an opening for partially exposing the electrode pad 16 is formed as shown in FIG. 7C.

この後、図示は省略するが、ダイシング法により固体撮像装置としての素子領域ごとに半導体基板11及び支持基板22を切断して個片化することにより、図1に示した裏面照射型固体撮像装置10が完成する。   Thereafter, although not shown, the backside irradiation type solid-state imaging device shown in FIG. 1 is obtained by cutting the semiconductor substrate 11 and the support substrate 22 into individual pieces for each element region as a solid-state imaging device by a dicing method. 10 is completed.

なお、上記実施形態では、カラーフィルタ19を、感光性を有する顔料分散型カラーレジスト材により形成しているが、本発明はこれに限定されず、カラーフィルタ19を、感光性のない樹脂膜により形成してもよい。この場合には、形成した樹脂膜上にフォトリソグラフィ技術によりレジストマスクを形成し、このレジストマスクに基づいて該樹脂膜をパターニングすればよい。   In the above embodiment, the color filter 19 is formed of a pigment dispersed color resist material having photosensitivity, but the present invention is not limited to this, and the color filter 19 is formed of a non-photosensitive resin film. It may be formed. In this case, a resist mask may be formed on the formed resin film by a photolithography technique, and the resin film may be patterned based on the resist mask.

なお、上記実施形態では、カラーフィルタ19を、RGBの色セグメント19a〜19cをいわゆるベイヤー配列したものとして形成しているが、本発明はこれに限定されず、色セグメントの配列方式や、各色セグメントの分光特性は適宜変更してよい。   In the above embodiment, the color filter 19 is formed as a so-called Bayer array of RGB color segments 19a to 19c. However, the present invention is not limited to this, and the color segment arrangement method and each color segment are not limited thereto. The spectral characteristics may be changed as appropriate.

また、上記実施形態では、遮光膜18をアルミニウムにより形成しているが、本発明はこれに限定されず、遮光膜18を銅やタングステンなどの他の金属材料により形成してもよい。さらに、遮光膜18を複数種類の金属層からなる多層構造としてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the light shielding film 18 is formed with aluminum, this invention is not limited to this, You may form the light shielding film 18 with other metal materials, such as copper and tungsten. Furthermore, the light shielding film 18 may have a multilayer structure composed of a plurality of types of metal layers.

また、上記実施形態では、図3に示すように、裏面照射型固体撮像装置10の各電極パッド16を、ワイヤ33を介してパッケージ基体30の各リード端子31に接続しているが、本発明はこれに限定されず、図8に示すように、一部の電極パッド16とリード端子31との間を、周辺回路素子50をフリップチップ実装することにより接続してもよい。周辺回路素子50は、モノリシックIC(半導体集積回路)素子であり、裏面照射型固体撮像装置10を駆動する駆動回路や、裏面照射型固体撮像装置10から出力された撮像信号の信号処理を行う信号処理回路が作り込まれている。周辺回路素子50のフリップチップ実装は、周辺回路素子50の電極パッド(図示せず)と裏面照射型固体撮像装置10の電極パッド16との間、及び周辺回路素子50の電極パッド(図示せず)とパッケージ基体30のリード端子31との間を半田ボール51によりそれぞれ接続することにより行われている。   Moreover, in the said embodiment, as shown in FIG. 3, although each electrode pad 16 of the backside illumination type solid-state imaging device 10 is connected to each lead terminal 31 of the package base | substrate 30 via the wire 33, this invention However, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 8, the peripheral circuit element 50 may be connected by flip-chip mounting between some of the electrode pads 16 and the lead terminals 31. The peripheral circuit element 50 is a monolithic IC (semiconductor integrated circuit) element, and is a signal that performs signal processing of a drive circuit that drives the backside illumination type solid-state imaging device 10 and an imaging signal output from the backside illumination type solid-state imaging device 10. A processing circuit is built in. The flip-chip mounting of the peripheral circuit element 50 is performed between the electrode pad (not shown) of the peripheral circuit element 50 and the electrode pad 16 of the backside illumination type solid-state imaging device 10 and the electrode pad (not shown) of the peripheral circuit element 50. ) And the lead terminal 31 of the package base 30 are connected by solder balls 51, respectively.

また、上記実施形態では、裏面照射型固体撮像装置10を、開放容器形状のパッケージ基体30とカバーガラス34とにより封止しているが、本発明はこれに限定されず、パッケージ基体30を用いずに、裏面照射型固体撮像装置10の裏面11a側(絶縁膜20上)にカバーガラスを貼着してもよい。このカバーガラスの貼着は、ウエハ状態で、図7(C)の工程前に行うことが好ましい。   Further, in the above embodiment, the backside illumination type solid-state imaging device 10 is sealed by the open container-shaped package base 30 and the cover glass 34. However, the present invention is not limited to this, and the package base 30 is used. Instead, a cover glass may be attached to the back surface 11a side (on the insulating film 20) of the back-illuminated solid-state imaging device 10. The cover glass is preferably attached in a wafer state before the step of FIG.

また、上記実施形態では、マイクロレンズを設けていないが、本発明はこれに限定されず、絶縁膜20上に各受光素子12に対応するようにマイクロレンズを形成してもよい。   In the above embodiment, the microlens is not provided, but the present invention is not limited to this, and the microlens may be formed on the insulating film 20 so as to correspond to each light receiving element 12.

裏面照射型固体撮像装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of a back irradiation type solid-state imaging device. カラーフィルタの構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of a color filter. 裏面照射型固体撮像装置をパッケージ化する形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the form which packages a back irradiation type solid-state imaging device. 裏面照射型固体撮像装置の製造方法を示す工程図(その1)である。It is process drawing (the 1) which shows the manufacturing method of a back irradiation type solid-state imaging device. 裏面照射型固体撮像装置の製造方法を示す工程図(その2)である。It is process drawing (the 2) which shows the manufacturing method of a back irradiation type solid-state imaging device. 裏面照射型固体撮像装置の製造方法を示す工程図(その3)である。It is process drawing (the 3) which shows the manufacturing method of a back irradiation type solid-state imaging device. 裏面照射型固体撮像装置の製造方法を示す工程図(その4)である。It is process drawing (the 4) which shows the manufacturing method of a back irradiation type solid-state imaging device. 裏面照射型固体撮像装置をパッケージ化する第2の形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the 2nd form which packages a backside illumination type solid-state imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

10 裏面照射型固体撮像装置
11 半導体基板
12 受光素子
13 転送電極
15 配線層
16 電極パッド
18 遮光膜
19 カラーフィルタ
21 貫通電極
22 支持基板
30 パッケージ基体
31 リード端子
33 ワイヤ
34 カバーガラス
40 レジストマスク
42 遮光膜材料層
44 レジスト材
50 周辺回路素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Back-illuminated solid-state imaging device 11 Semiconductor substrate 12 Light receiving element 13 Transfer electrode 15 Wiring layer 16 Electrode pad 18 Light shielding film 19 Color filter 21 Through electrode 22 Support substrate 30 Package base 31 Lead terminal 33 Wire 34 Cover glass 40 Resist mask 42 Light shielding Film material layer 44 Resist material 50 Peripheral circuit element

Claims (6)

半導体基板内に複数の受光素子が2次元配列され、前記半導体基板の表面側に配線層が形成され、前記表面側とは反対の裏面側から受光を行うように前記半導体基板が薄板化されてなる裏面照射型固体撮像装置において、
前記半導体基板の裏面側の前記各受光素子の直上領域に開口部を有する遮光膜と、
前記遮光膜の開口部内で、かつ前記遮光膜との同一平面上に形成されたカラーフィルタと、
前記半導体基板の表面側に貼着された支持基板と、
前記半導体基板の表面側に形成され、かつ前記半導体基板の裏面側に部分的に露呈した複数の電極パッドと、
を備えたことを特徴とする裏面照射型固体撮像装置。
A plurality of light receiving elements are two-dimensionally arranged in the semiconductor substrate, a wiring layer is formed on the front surface side of the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate is thinned so as to receive light from the back surface side opposite to the front surface side. In the backside illuminated solid-state imaging device,
A light shielding film having an opening in a region directly above each light receiving element on the back surface side of the semiconductor substrate;
A color filter formed in the opening of the light shielding film and on the same plane as the light shielding film;
A support substrate attached to the surface side of the semiconductor substrate;
A plurality of electrode pads formed on the front side of the semiconductor substrate and partially exposed on the back side of the semiconductor substrate;
A backside illumination type solid-state imaging device.
前記遮光膜及びカラーフィルタの上面は、平坦化により同一平面となっていることを特徴とする請求項1に記載の裏面照射型固体撮像装置。   The backside illumination type solid-state imaging device according to claim 1, wherein the upper surfaces of the light shielding film and the color filter are flush with each other. 前記遮光膜は、前記半導体基板を貫通した貫通電極により前記電極パッドのうちのいずれか1つと電気的に接続されていることを特徴とする請求項1または2に記載の裏面照射型固体撮像装置。   The back-illuminated solid-state imaging device according to claim 1, wherein the light shielding film is electrically connected to any one of the electrode pads by a through electrode penetrating the semiconductor substrate. . 前記支持基板がパッケージ基体上に固着され、前記電極パッドと前記パッケージ基体のリード端子とがワイヤを介して接続されていることを特徴とする請求項1から3いずれか1項に記載の裏面照射型固体撮像装置。   4. The backside irradiation according to claim 1, wherein the support substrate is fixed on a package base, and the electrode pad and a lead terminal of the package base are connected via a wire. Type solid-state imaging device. 一部の前記電極パッドと前記リード端子との間は、周辺回路素子をフリップ実装することにより接続されていることを特徴とする請求項4に記載の裏面照射型固体撮像装置。   5. The backside illumination type solid-state imaging device according to claim 4, wherein a part of the electrode pads and the lead terminals are connected by flip-mounting a peripheral circuit element. 6. ウエハ状態の半導体基板を用意し、前記半導体基板内に受光素子を形成した後、前記半導体基板の表面上に配線層及び電極パッドを形成する工程と、
前記半導体基板の表面側に支持基板を貼り合わせ、前記半導体基板の裏面側を研摩して薄板化する工程と、
前記半導体基板の裏面側に導電性材料からなる遮光膜材料層を形成し、この遮光膜材料層をパターニングすることにより、前記各受光素子の直上領域に開口部を有する遮光膜を形成する工程と、
前記遮光膜の開口部を埋めるようにカラーフィルタの形成材料の塗布し、塗布した形成材料をパターニングすることにより、カラーフィルタを形成する工程と、
前記カラーフィルタの表面を研摩し、前記カラーフィルタ及び前記遮光膜の表面が同一平面となるように平坦化する工程と、
前記電極パッドの直上位置を前記半導体基板の裏面側から掘削し、前記電極パッドを部分的に露呈させる工程と、
固体撮像装置としての素子領域ごとに前記半導体基板及び前記支持基板を切断して個片化する工程と、
を含むことを特徴とする裏面照射型固体撮像装置の製造方法。
Preparing a semiconductor substrate in a wafer state, forming a light receiving element in the semiconductor substrate, and then forming a wiring layer and an electrode pad on the surface of the semiconductor substrate;
Bonding a support substrate to the front surface side of the semiconductor substrate, polishing the back surface side of the semiconductor substrate and thinning;
Forming a light-shielding film material layer made of a conductive material on the back side of the semiconductor substrate, and patterning the light-shielding film material layer to form a light-shielding film having an opening in a region immediately above each light-receiving element; ,
Applying a color filter forming material so as to fill the opening of the light shielding film, and patterning the applied forming material, thereby forming a color filter;
Polishing the surface of the color filter, and flattening the surface of the color filter and the light-shielding film to be in the same plane;
Excavating a position directly above the electrode pad from the back side of the semiconductor substrate, and partially exposing the electrode pad;
Cutting the semiconductor substrate and the support substrate into individual pieces for each element region as a solid-state imaging device; and
A method for manufacturing a backside illumination type solid-state imaging device.
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