JP2010027886A - 半導体装置とそれを用いたカメラモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の外部接続端子の形成性を損なうことなく、半導体基板の裏面に遮光膜を容易にかつ確実に形成することを可能にする。
【解決手段】半導体装置１は活性層３と貫通電極８とを有する半導体基板２を備える。半導体基板２の第２の面２ｂには裏面配線層９と保護膜１０とが形成されている。保護膜１０は裏面配線層９の端子形成領域を露出させる開口部１１と、その周囲に設けられた第１の凸部１２と、第１の凸部１２より外縁側に設けられた第２の凸部とを有する。半導体基板２の第２の面２ｂは遮光膜１５で覆われている。遮光膜１５は保護膜１０の第２の凸部１３を覆うと共に、開口部１１側の端部が第１の凸部１２上または第１の凸部１２より外縁側に位置している。
【選択図】図１

Description

本発明は半導体装置とそれを用いたカメラモジュールに関する。

半導体集積回路技術を用いたＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等の半導体装置は、デジタルカメラやカメラ機能付き携帯電話に広く利用されている。このような半導体装置においては搭載部品の小型・軽量に対応するために、センサチップ（半導体素子）をチップサイズパッケージ（ＣＳＰ）にすることが提案されている。

センサチップ（半導体素子）をＣＳＰ化するにあたって、半導体素子（半導体基板）には表裏両面間を繋ぐ貫通孔が設けられ、この貫通孔内に形成された導電層（貫通電極）によって、半導体基板の表面に設けられた受光部を含む集積回路と裏面に設けられた外部接続端子とが電気的に接続される（特許文献１参照）。個片化された半導体装置は、半導体基板上に受光部を覆うように光透過性保護部材を配置した後、光学レンズ付きケースを装着することによりカメラモジュールとして使用される。

上述したような半導体装置において、外部接続端子は貫通電極から連続して半導体基板の裏面に形成された配線層（裏面配線層）上に設けられる。外部接続端子と貫通電極とは裏面配線層を介して電気的に接続される。さらに、半導体基板の裏面には裏面配線層を覆うように絶縁性の保護膜が形成されており、これにより裏面配線層が絶縁並びに保護されている。保護膜は裏面配線層上を含めて半導体基板の裏面を覆うように形成される。この後、保護膜に裏面配線層の端子形成領域を露出させるように開口部が形成される。外部接続端子は露出させた裏面配線層の端子形成領域に形成される。

外部接続端子に半田ボールのような突起型の電極を適用した場合、半導体装置とそれを実装する基板との間に隙間ができ、その隙間から光が半導体装置を構成する半導体基板の裏面に漏れ込む。半導体基板としてのＳｉ基板は赤外光を透過するため、漏れ込んだ光が金属膜で構成される裏面配線層の形成部以外の領域を透過して受光部に入射するおそれがある。半導体基板の裏面側から受光部に光が入射すると裏面配線層の像が写り込む。これはＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等の半導体装置の撮像特性を劣化させる要因となる。

半導体基板の裏面側から漏れ込む不要な光を遮断する上で、保護膜上を含めて半導体基板の裏面に遮光膜、特に波長７００ｎｍ以上の赤外光を遮る遮光膜を形成することが有効である。遮光膜の形成材料としては、ＴｉやＡｌ等の金属材料や、遮光成分を含有する有機材料（エポキシ樹脂やポリイミド樹脂等）が考えられるが、材料供給の容易性等の観点から有機材料が有利である。遮光膜は外部接続端子の形成前に、液体状態の有機材料を印刷法やディスペンス法で供給したり、あるいはスピンコート法やスプレーコート法で供給した後にパターン化することにより形成される。

しかしながら、上述した遮光膜の形成方法はいずれも液状の有機材料を供給する際やポストベークによる有機材料の硬化時に横方向に流動するおそれがある。この際、有機材料が保護膜の開口部、つまり端子形成領域となる裏面配線層の露出部に流入すると、外部接続端子の形成が困難になる。一方、有機膜の形成においては一般的に膜厚の面内均一性を高めるため、下地である保護膜表面を親水性、つまり有機材料との濡れ性を向上させ、横方向への流動を加速させる必要がある。このように、遮光膜の形成工程は流動の抑制と膜の均一性確保という相反する問題を有している。

特許文献２には半導体基板の表面に設けられた受光素子に半導体基板の裏面から光を入射する半導体装置が記載されている。このような半導体装置において、半導体基板の裏面の一部（受光素子の受光領域以外の部分）を遮光膜で覆っている。特許文献２は半導体基板の裏面から漏れ込む不要な光を遮断する遮光膜、さらには保護膜上における遮光膜の形成工程を考慮していない。特許文献３は貫通電極に接続されたパッドを遮光膜と金属膜とで順に覆うことを開示しているのみである。
国際公開第２００５／０２２６３１号パンフレット 特開２００６−２２８９１３号公報 特開２００７−１９４４９８号公報

本発明の目的は、外部接続端子の形成性を損なうことなく、半導体基板の裏面に遮光膜を容易にかつ確実に形成することを可能にした半導体装置とそれを用いたカメラモジュールを提供することにある。

本発明の態様に係る半導体装置は、第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面とを有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第１の面に形成され、受光部を有する活性層と、前記第１の面と前記第２の面とを繋ぐように前記半導体基板に設けられ、前記活性層と電気的に接続された貫通電極と、前記半導体基板の前記第２の面に形成され、少なくとも一部が前記貫通電極と電気的に接続された裏面配線層と、前記裏面配線層上を含めて前記半導体基板の前記第２の面に形成され、前記裏面配線層の端子形成領域を露出させる開口部と、前記開口部の周囲に設けられた第１の凸部と、前記第１の凸部より外縁側に設けられた第２の凸部とを有する保護膜と、少なくとも前記半導体基板の前記第２の面の前記受光部に対応する領域に形成され、前記保護膜の前記第２の凸部を覆うと共に、前記開口部側の端部が前記第１の凸部上または前記第１の凸部より外縁側に位置する遮光膜と、前記裏面配線層の前記端子形成領域に設けられた外部接続端子とを具備することを特徴としている。

本発明の態様に係るカメラモジュールは、本発明の態様に係る半導体装置と、前記半導体基板の前記第１の面を覆うように、前記受光部上に所定の間隙を介して配置された光透過性保護部材と、前記光透過性保護部材上に設けられたレンズモジュールとを具備することを特徴としている。

本発明の態様に係る半導体装置は保護膜が第１の凸部と第２の凸部とを有するため、遮光膜で第２の凸部を覆った上で、遮光膜の開口部側の端部を第１の凸部上または第１の凸部より外縁側に位置させることができる。従って、外部接続端子の形成性を損なうことなく、半導体基板の裏面に遮光膜を容易にかつ確実に形成することが可能になる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。まず、本発明の第１の実施形態について、図１ないし図３を参照して説明する。図１は第１の実施形態による半導体装置を示す断面図である。図２は図１に示す半導体装置の一部を拡大して示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

図１ないし図３に示す半導体装置１は半導体基板２を具備している。半導体基板２には例えばシリコン（Ｓｉ）基板が用いられる。半導体基板２は第１の面２ａとそれとは反対側の第２の面２ｂとを有している。第１の面（半導体基板２の表面）２ａはフォトダイオードやトランジスタを含む集積回路、配線、電極等の形成面となり、第２の面（半導体基板２の裏面）２ｂは外部接続端子の形成面となる。

半導体基板２の第１の面２ａにはフォトダイオードやトランジスタが形成されており、それらを配線回路で接続した活性層３を有している。活性層３は第１の面２ａに照射される光や電子等のエネルギー線をフォトダイオードに収集する受光部４を有している。さらに、活性層３は電気信号のインプット・アウトプットや電源の供給等を行う複数の電極（図示せず）を有している。これらはいわゆるイメージセンサを構成している。

半導体基板２上には受光部４を有する第１の主面２ａを覆うように光透過性保護部材５が配置されている。光透過性保護部材５は、第１の主面２ａの周縁部に配置された接着層６を介して、半導体基板２の第１の主面２ａと接着されている。光透過性保護部材５と半導体基板２の第１の主面２ａとの間には、接着層６の厚さに基づく間隙７が形成されている。すなわち、半導体基板２の第１の主面２ａに設けられた受光部４上には、間隙７を介して光透過性保護部材５が配置されている。

半導体基板２は第１の面２ａと第２の面２ｂとを繋ぐ貫通電極８を備えている。貫通電極８は活性層３の電極（図示せず）と電気的に接続されている。すなわち、半導体基板２には貫通孔が形成されており、貫通孔の第１の面２ａ側は活性層３の電極で塞がれている。底面に電極が存在する貫通孔内には導電材料が充填されている。貫通孔内に充填された導電層は貫通電極８を構成しており、第１の面２ａと第２の面２ｂとを接続している。図示を省略したが、半導体基板２と貫通電極８との間には絶縁層が設けられている。

半導体基板２の第２の面２ｂには裏面配線層９が設けられている。裏面配線層９の少なくとも一部は貫通電極８と電気的に接続されている。裏面配線層９は貫通電極８とは電気的に独立したグランド用配線等を有していてもよい。半導体基板２の第２の面２ｂは裏面配線層９上を含めて保護膜１０で覆われている。保護膜１０にはポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、あるいはソルダーレジスト材等が適用される。

保護膜１０は図２および図３に示すように、裏面配線層９の端子形成領域を露出させる開口部１１と、その周囲に設けられた第１の凸部１２と、第１の凸部１２より外縁側に設けられた第２の凸部１３とを有している。保護膜１０の第１の凸部１２は、裏面配線層９の端子形成領域を露出させる開口部１１の周囲に形成されている。言い換えると、裏面配線層９の端子形成領域は開口部１１を有する第１の凸部１２の内側に設定されており、第１の凸部１２に設けられた開口部１１で露出されている。

保護膜１０の第２の凸部１３は第１の凸部１２から連続して第１の凸部１２の外側に形成されている。第１の凸部１２と第２の凸部１３は、例えば環状でも多角形状であってもよいが、同軸的に形成されていることが好ましい。なお、保護膜１０は少なくとも裏面配線層９を覆うように設けられていればよい。第１の凸部１２と第２の凸部１３との間には、第２の凸部１３が上段となる段差１４が設けられている。

すなわち、第２の凸部１３の膜厚（ｔ２）は第１の凸部１２の膜厚（ｔ１）より厚い（ｔ２＞ｔ１）ため、この膜厚の差（ｔ２−ｔ１）に基づいて第１の凸部１２と第２の凸部１３との間に段差１４が設けられている。第２の凸部１３はその一部が裏面配線層９と重なるように設けられている。すなわち、第１の凸部１２と第２の凸部１３との間の段差１４は裏面配線層９上に位置している。

半導体基板２の第２の面２ｂは裏面配線層９の端子形成領域を除いて遮光膜１５で覆われている。遮光膜１５は少なくとも第１の面２ａ側に設けられた受光部４に対応する領域に設けられている。遮光膜１５は半導体基板２の第２の面２ｂ側から受光部４に不要な光が入射して裏面配線層９の像が写り込むことを防止するものである。遮光膜１５は遮光成分を含有する非感光性または感光性の有機材料で構成されている。具体的には、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂等に、カーボンブラック等の遮光成分を添加した樹脂材料（有機材料）が用いられる。

遮光膜１５は保護膜１０の第２の凸部１３上を含めて第２の面２ｂに形成されており、その開口部１１側の端部は第１の凸部１２上に位置している。すなわち、有機材料からなる遮光膜１５の流動は、保護膜１０の第１の凸部１２と第２の凸部１３との間の段差１４で阻止され、遮光膜１５の開口部１１内への流入を防止している。遮光膜１５の流動を防止する上で、段差１４は垂直もしくは逆テーパ形状を有することが好ましく、さらに段差１４の高さは１０μｍ以上であることが好ましい。

保護膜１０の第１の凸部１２は裏面配線層９の端子形成領域を露出させる開口部１１の形成部であり、第２の凸部１３は遮光膜１５の形成部であると共に、第１の凸部１２との間の段差１４で遮光膜１５の流動を防止する機能を有する。このように、第１の凸部１２と第２の凸部１３とを有する保護膜１０を適用することによって、半導体基板２の第２の面２ｂを覆う遮光膜１５の形成性を維持しつつ、遮光膜１５の裏面配線層９の端子形成領域（開口部１１内）への流入を防止することが可能となる。

裏面配線層９の端子形成領域（開口部１１で露出された領域）には、外部接続端子１６が設けられている。外部接続端子１６には、例えば半田ボールを裏面配線層９の端子形成領域に載置し、これをリフローして接続形成した半田バンプのような突起型電極が適用される。これら各構成要素によって、チップサイズパッケージ（ＣＳＰ）の半導体装置１が構成されている。この実施形態の半導体装置１は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像装置として用いられるものである。

第１の実施形態の半導体装置１は、例えば以下のようにして作製される。まず、図４に示すように、半導体基板２の第１の面２ａにフォトダイオード、トランジスタ、それらを接続する配線回路等で構成される活性層３を形成する。活性層３内には受光部４やそれと電気的に接続された電極等が設けられる。半導体基板２は半導体ウェハとして供給され、活性層３は半導体ウェハの各装置構成領域に応じて形成される。

次に、図５に示すように、半導体基板２の第１の面２ａの外周領域（受光部４を除く領域）に接着層６を形成する。接着層６には、例えばエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等からなる接着剤が用いられる。さらに、半導体基板（半導体ウェハ）２とほぼ同じ大きさを有する光透過性保護部材５を用意する。光透過性保護部材５としては、例えばホウ珪酸ガラス、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス等からなるガラス基板を用いることができる。透過させる光が赤外光の場合には、光透過性保護部材５をシリコン（Ｓｉ）基板、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）基板等で構成してもよい。

上述したような光透過性保護部材５を半導体基板２上に配置する。そして、図６に示すように、接着層６を介して光透過性保護部材５と半導体基板２の第１の面２ａとを貼り合わせる。光透過性保護部材５と半導体基板２とは接着層６を介して、例えば加圧・加熱することにより貼り合わせる。光透過性保護部材５と半導体基板２との間には、接着層６の形成位置および厚さに基づいて間隙７が形成される。半導体基板２の第１の面２ａに設けられた受光部４は間隙７内に露出するように配置されている。

次に、図７に示すように、半導体基板２の第２の面２ｂを機械研削、化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）、ウェットエッチング、ドライエッチング等により加工し、半導体基板２を第２の面２ｂ側から薄肉化する。半導体基板２の厚さは５０〜１５０μｍ程度であることが好ましい。なお、この加工工程は予め薄肉化した半導体基板２を用いる場合には必要ではないが、光透過性保護部材５が半導体基板２を機械的に補強する支持基板の役割を果たすことから、半導体基板２の最終的な加工は光透過性保護部材５を貼り合わせた後に実施することが好ましい。

次いで、図８に示すように、半導体基板２の第２の面２ｂから第１の面２ａに向けて貫通孔を形成し、貫通孔内に活性層３の電極を露出させる。貫通孔は、所定パターンのマスクを用いたプラズマエッチング法、あるいはレーザエッチング法を適用して、半導体基板２をエッチングすることにより形成される。そして、貫通孔内に導電材料をスパッタ法やめっき法等で充填して貫通電極８を形成する。

なお、貫通孔内には予め半導体基板２と貫通電極８との間を絶縁する絶縁層を形成しておく。貫通電極８は光透過性保護部材５を接着する前に、半導体基板２の第１の面２ａ側から凸形状を有するように形成しておいてもよい。すなわち、半導体基板２の第１の面２ａ側から凹部を形成し、その内部に導電材料を充填して貫通電極８を形成してもよい。この場合、半導体基板２を薄肉化する際に、貫通電極８を第２の面２ｂに露出させる。

続いて、図９に示すように、半導体基板２の第２の面２ｂに裏面配線層９を形成する。裏面配線層９は所定パターンのマスクを用いて、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、めっき法、印刷法等を適用して形成される。半導体基板２と裏面配線層９との間には、予め絶縁層を形成しておく。貫通電極８を半導体基板２の第２の面２ｂ側から充填する場合、裏面配線層９は貫通電極８と同時に形成してもよい。

貫通電極８や裏面配線層９には、例えば高抵抗金属材料（Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＴａＮ、ＣｏＷＰ等）、低抵抗金属材料（Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、半田材等）、導電性樹脂材料等が用いられる。これらは単層構造もしくは複数の材料層を積層した多層構造で導電層を構成する。

次に、図１０に示すように、半導体基板２の第２の面２ｂに保護膜１０を形成する。保護膜１０には前述したように、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ソルダーレジスト材等が適用される。保護膜１０は所定パターンのマスクを用いて、印刷法、スピンコート法、スプレーコート法、ラミネート法等を適用して形成される。保護膜１０は第１の凸部１２と第２の凸部１３とを有し、これらの間には段差１４が設けられている。

このような段差１４を有する保護膜１０は以下のようにして形成される。例えば、保護膜１０が感光性を有する有機材料で構成される場合には、塗付法やフィルム状で供給された有機材料に別々のパターンのマスクを用いて、２回連続でリソグラフィーを行った後、現像して一括でパターンを形成する。あるいは、有機材料の供給、リソグラフィー、現像の各工程を２回繰り返して、段差１４を有する保護膜１０を形成する。

次いで、図１１に示すように、保護膜１０上を含めて半導体基板２の第２の面２ｂに遮光膜１５を形成する。遮光膜１５には前述したように、遮光成分を含有する非感光性または感光性の有機材料（エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂等）が適用される。遮光膜１５は所定パターンのマスクを用いて、印刷法、スピンコート法、スプレーコート法、ラミネート法等を適用して形成される。遮光膜１５の流動を考慮して、遮光膜１５の形成材料は第２の凸部１３より外側に供給することが好ましい。

遮光膜１５を形成するにあたって、液状の有機材料（遮光膜１５の形成材料）を印刷法やディスペンス法で供給して加熱硬化させる場合、供給時に液状の有機材料が保護膜１０上を流動する。塗布法やフィルム状で供給された有機材料にリソグラフィーでパターンを形成した後にポストベークする場合、ベーク時に有機材料が保護膜１０上を流動する。保護膜１０には裏面配線層９の端子形成領域を露出させる開口部１１が設けられている。有機材料が開口部１１内に流入すると、外部接続端子１６の形成性が低下する。

このような点に対して、保護膜１０は開口部１１の周囲に設けられた第１の凸部１２とそれより外縁側に設けられた第２の凸部１３とを有し、それらの間には段差１４が設けられている。遮光膜１５の形成材料（有機材料）は第２の凸部１３上を覆った後、段差１４を介して第１の凸部１２上に濡れ広がろうとする。このとき、遮光膜１５の形成材料は図３に示したように段差１４でフィレットＦを形成する。段差１４に基づくフィレットＦにおいて、遮光膜１５の形成材料の第２の凸部１３上への這い上がり現象が起こる。このため、遮光膜１５の形成材料の第１の凸部１２上への濡れ広がりを防止することができる。

すなわち、遮光膜１５の開口部１１側の端部を第１の凸部１２上に留めることができる。遮光膜１５の端部はフィレットＦの先端に位置することになる。従って、段差１４の高さでフィレットＦの形状を制御することで、遮光膜１５の端部を第１の凸部１２上、具体的には段差１４近傍の第１の凸部１２上に位置させることができる。保護膜１０に第１の凸部１２が下段となる段差１４を適用することによって、遮光膜１５が開口部１１に向けて第１の凸部１２上を濡れ広がって、開口部１１内に流入することが防止できる。

この後、図１２に示すように、裏面配線層９の端子形成領域（開口部１１で露出された領域）に外部接続端子１６を形成する。外部接続端子１６は、例えば半田ボールをリフローして裏面配線層９と接続することにより形成される。これら一連の工程（ウェハ工程）が終了した後、半導体基板２をブレード等で切断して個片化することによって、図１に示す半導体装置１が作製される。

外部接続端子１６を形成するにあたって、裏面配線層９の端子形成領域（開口部１１内）への遮光膜１５の流入が防止されているため、外部接続端子１６を容易に形成することができる。従って、半導体装置１の製造歩留りを向上させることが可能となる。さらに、遮光膜１５の端面から剥離が発生しても、段差１４で剥離の進展が抑制されるため、遮光膜１５の機械的信頼性を高めることができる。また、遮光膜１５の端面は保護膜１０と界面を形成するため、保護膜１０と遮光膜１５とが共に有機材料からなる場合には密着性が良好となり、遮光膜１５の機械的信頼性をさらに向上させることができる。

次に、本発明の第２の実施形態による半導体装置について、図１３ないし図１５を参照して説明する。図１３は第２の実施形態による半導体装置を示す断面図である。図１４は図１３に示す半導体装置の一部を拡大して示す平面図、図１５は図１４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。これらの図に示す半導体装置２１は、保護膜１０の形状が異なることを除いて、第１の実施形態の半導体装置１と同一構成を有している。図１３ないし図１５において、図１ないし図３と同一部分には同一符号を付し、その説明を一部省略する。

第２の実施形態の半導体装置２１において、保護膜１０の第２の凸部１３は第１の凸部１２から連続して第１の凸部１２の外縁側に形成されている。第１の凸部１２と第２の凸部１３との間には、第２の凸部１３が上段となる段差１４が設けられている。第２の凸部１３はその少なくとも一部が裏面配線層９より外縁側に位置するように設けられている。第２の凸部１３は段差１４が裏面配線層９の外側に位置するように形成されている。段差１４の形状等は第１の実施形態と同様とされている。

遮光膜１５は保護膜１０の第２の凸部１３上を含めて第２の面２ｂに形成されており、その開口部１１側の端部は第１の凸部１２上に位置している。すなわち、有機材料からなる遮光膜１５の流動は、保護膜１０の第１の凸部１２と第２の凸部１３との間の段差１４で阻止され、遮光膜１５の開口部１１内への流入を防止している。このような第１の凸部１２と第２の凸部１３とを有する保護膜１０を適用することによって、半導体基板２の第２の面２ｂを覆う遮光膜１５の形成性を維持しつつ、遮光膜１５の裏面配線層９の端子形成領域（開口部１１内）への流入を防止することが可能となる。

第２の実施形態において、遮光膜１５の形成材料（有機材料）は第２の凸部１３上を覆った後、段差１４を介して第１の凸部１２上に濡れ広がろうとする。このとき、遮光膜１５の形成材料は図１５に示したように段差１４でフィレットＦを形成する。段差１４に基づくフィレットＦにおいて、遮光膜１５の形成材料の第２の凸部１３上への這い上がり現象が起こる。このため、遮光膜１５の形成材料の第１の凸部１２上への濡れ広がりを防止することができる。すなわち、遮光膜１５の開口部１１内への流入が防止される。

このように、裏面配線層９の端子形成領域（開口部１１内）への遮光膜１５の流入を防止することによって、外部接続端子１６を容易に形成することができる。従って、半導体装置１の製造歩留りを向上させることが可能となる。さらに、遮光膜１５の端面から剥離が発生しても、段差１４で剥離の進展が抑制されるため、遮光膜１５の機械的信頼性を高めることができる。また、遮光膜１５の端面は保護膜１０と界面を形成するため、保護膜１０と遮光膜１５とが共に有機材料からなる場合には密着性が良好となり、遮光膜１５の機械的信頼性をさらに向上させることができる。

加えて、第２の実施形態では保護膜１０の第２の凸部１３を裏面配線層９より外側に配置しているため、遮光膜１５の形成材料（有機材料）を印刷法やディスペンス法で供給するにあたって、遮光膜１５の形成材料の流動に対する許容度を高めることができる。すなわち、段差１４から第１の凸部１２の開口部１１側端部までの距離が長いため、遮光膜１５の形成材料が多少流動しても、開口部１１内への流入を防止することができる。このため、遮光膜１５の材料選択肢が広がると共に、遮光膜１５の供給位置ズレの許容範囲も広く設定できる。これらによって、半導体装置２１の歩留まりがさらに向上する。

次に、本発明の第３の実施形態による半導体装置について、図１６ないし図１８を参照して説明する。図１６は第３の実施形態による半導体装置を示す断面図である。図１７は図１６に示す半導体装置の一部を拡大して示す平面図、図１８は図１６のＡ−Ａ線に沿った断面図である。これらの図に示す半導体装置３１は、保護膜１０の形状とそれに基づく遮光膜１５の形成位置等が異なることを除いて、第１の実施形態の半導体装置１と同様な構成を有している。なお、図１６ないし図１８において、図１ないし図３と同一部分には同一符号を付し、その説明を一部省略する。

前述した第１の実施形態と同様に、半導体基板２の第２の面２ｂには裏面配線層９が設けられている。裏面配線層９の少なくとも一部は貫通電極８と電気的に接続されている。半導体基板２の第２の面２ｂは裏面配線層９上を含めて保護膜１０で覆われている。保護膜１０の構成材料は第１の実施形態と同様である。保護膜１０は、裏面配線層９の端子形成領域を露出させる開口部１１と、その周囲に設けられた第１の凸部１２と、第１の凸部１２より外縁側に設けられた第２の凸部１３とを有している。

保護膜１０の第２の凸部１３は、第１の凸部１２から不連続部分を介して、第１の凸部１２の外側に形成されている。言い換えると、第１の凸部１２と第２の凸部１３との間には、裏面配線層９の表面が底部となる凹部３２が設けられており、この凹部３２に基づいて第１の凸部１２と第２の凸部１３とは不連続な状態で形成されている。第１の凸部１２は第２の凸部１３に対して独立して形成されている。第１の凸部１２と第２の凸部１３は環状でも多角形状であってもよいが、同軸的に形成されていることが好ましい。

第２の凸部１３はその一部が裏面配線層９と重なるように形成されている。そして、第１の凸部１２と第２の凸部１３との間に凹部３２が存在するため、第２の凸部１３と裏面配線層９との間には第２の凸部１３が上段となる段差３３が設けられている。すなわち、裏面配線層９上における第２の凸部１３の膜厚に基づいて、第２の凸部１３と裏面配線層９との間には段差３３が設けられている。

半導体基板２の第２の面２ｂは裏面配線層９の端子形成領域を除いて遮光膜１５で覆われている。遮光膜１５は少なくとも第１の面２ａ側に設けられた受光部４に対応する領域に設けられている。遮光膜１５は半導体基板２の第２の面２ｂ側から受光部４に不要な光が入射して裏面配線層９の像が写り込むことを防止するものである。遮光膜１５は第１の実施形態と同様に、遮光成分を含有する非感光性または感光性の有機材料で構成される。

遮光膜１５は保護膜１０の第２の凸部１３上を含めて第２の面２ｂに形成されており、その開口部１１側の端部は凹部３２内に位置している。すなわち、有機材料からなる遮光膜１５の流動は、保護膜１０の第２の凸部１３と裏面配線層９との間の段差３３で阻止され、遮光膜１５の開口部１１内への流入を防止している。遮光膜１５の流動を防止する上で、段差３３は垂直もしくは逆テーパ形状を有することが好ましく、さらに段差３３の高さは１０μｍ以上であることが好ましい。

保護膜１０の第１の凸部１２は裏面配線層９の端子形成領域を露出させる開口部１１の形成部であり、第２の凸部１３は遮光膜１５の形成部であると共に、裏面配線層９との間の段差３３で遮光膜１５の流動を防止する機能を有する。このように、第１の凸部１２と第２の凸部１３とを有する保護膜１０を適用することによって、半導体基板２の第２の面２ｂを覆う遮光膜１５の形成性を維持しつつ、遮光膜１５の裏面配線層９の端子形成領域（開口部１１内）への流入を防止することが可能となる。

次に、第３の実施形態における保護膜１０および遮光膜１５の形成工程について説明する。なお、それ以外の工程は第１の実施形態と同様に実施される。保護膜１０は所定パターンのマスクを用いて、印刷法、スピンコート法、スプレーコート法、ラミネート法等を適用して形成される。第１の凸部１２と第２の凸部１３はそれぞれ独立したパターンを形成しているため、１枚のマスクで同時に形成することができる。なお、裏面配線層９と保護膜１０との密着性が低い場合には、第１の凸部１２と第２の凸部１３との間の裏面配線層９上に薄い保護膜１０を存在させてもよい。

遮光膜１５は保護膜１０上を含めて半導体基板２の第２の面２ｂ上に形成される。遮光膜１５は所定パターンのマスクを用いて、印刷法、スピンコート法、スプレーコート法、ラミネート法等を適用して形成される。遮光膜１５の形成材料は図１８に示すように、段差３３でフィレットＦを形成する。段差３３に基づくフィレットＦにおいて、遮光膜１５の形成材料の第２の凸部１３上への這い上がり現象が起こるため、遮光膜１５の形成材料の濡れ広がりを防ぐことができる。さらに、第２の凸部１３上から流入した遮光膜１５の形成材料は凹部３２内に収容され、凹部３２と第１の凸部１２との間の段差形状で開口部１１内への流入をより確実に防止することができる。

外部接続端子１６を形成するにあたって、裏面配線層９の端子形成領域（開口部１１内）への遮光膜１５の流入が防止されているため、外部接続端子１６を容易に形成することができる。従って、半導体装置３１の製造歩留りを向上させることが可能となる。さらに、遮光膜１５の端面から剥離が発生しても、段差３３で剥離の進展が抑制されるため、遮光膜１５の機械的信頼性を高めることができる。またさらに、第１の凸部１２と第２の凸部１３とを１枚のマスクで同時に形成することができるため、半導体装置３１の製造コストを低減することが可能となる。

次に、本発明の第４の実施形態による半導体装置について、図１９ないし図２１を参照して説明する。図１９は第４の実施形態による半導体装置を示す断面図である。図２０は図１９に示す半導体装置の一部を拡大して示す平面図、図２１は図１９のＡ−Ａ線に沿った断面図である。これらの図に示す半導体装置４１は保護膜１０の形状が異なることを除いて、第３の実施形態の半導体装置３１と同一構成を有している。図１９ないし図２１において、図１６ないし図１８と同一部分には同一符号を付し、その説明を一部省略する。

第４の実施形態の半導体装置４１において、保護膜１０の第２の凸部１３は第１の凸部１２から不連続部分を介して第１の凸部１２の外縁側に形成されている。第２の凸部１３は裏面配線層９の外側に設けられている。第１の凸部１２と第２の凸部１３との間には、底部が裏面配線層９および半導体基板２の第２の面２ｂで構成された凹部３２が設けられている。第２の凸部１３の端部は半導体基板２の第２の面２ｂとの間に段差３３を形成している。段差３３は裏面配線層９の外側に位置している。

第４の実施形態において、遮光膜１５の形成材料（有機材料）は第２の凸部１３上を覆った後、段差３３を介して濡れ広がろうとする。このとき、遮光膜１５の形成材料は図２１に示したように段差３３でフィレットＦを形成する。段差３３に基づくフィレットＦにおいて、遮光膜１５の形成材料の第２の凸部１３上への這い上がり現象が起こるため、遮光膜１５の形成材料の濡れ広がりを防ぐことができる。さらに、第２の凸部１３上から流入した遮光膜１５の形成材料は凹部３２内に収容され、凹部３２と第１の凸部１２との間の段差形状で開口部１１内への流入をより確実に防止することが可能となる。

このように、裏面配線層９の端子形成領域（開口部１１内）への遮光膜１５の流入を防止することによって、外部接続端子１６を容易に形成することができる。従って、半導体装置４１の製造歩留りを向上させることが可能となる。遮光膜１５の端面から剥離が発生しても、段差３３で剥離の進展が抑制されるため、遮光膜１５の機械的信頼性を高めることができる。また、遮光膜１５の一部は半導体基板２と界面を形成するため、遮光膜１５の密着性が良好となり、遮光膜１５の機械的信頼性をさらに向上させることができる。

加えて、第４の実施形態では保護膜１０の第２の凸部１３を裏面配線層９より外側に配置しているため、遮光膜１５の形成材料（有機材料）を印刷法やディスペンス法で供給するにあたって、遮光膜１５の形成材料の流動に対する許容度を高めることができる。すなわち、段差３３から第１の凸部１２までの距離が長いため、遮光膜１５の形成材料が多少流動しても、開口部１１内への流入を防止することができる。このため、遮光膜１５の材料選択肢が広がると共に、遮光膜１５の供給位置ズレの許容範囲も広く設定できる。これらによって、半導体装置４１の歩留まりがさらに向上する。

次に、本発明のカメラモジュールの実施形態について、図２２を参照して説明する。図２２は本発明の実施形態によるカメラモジュールの構成を示している。図２２に示すカメラモジュール５１は、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプのパッケージ形態を有しており、その主要部として前述した実施形態の半導体装置１（２１，３１，４１）を具備している。半導体装置１は半導体基板２の第１の面（表面）２ａに設けられた受光部（ＣＣＤ型撮像素子やＣＭＯＳ型撮像素子等）４を含む活性層３を有している。

半導体基板２上には受光部４をキズや埃から保護するための光透過性保護部材５が配置されている。光透過性保護部材５は半導体基板２の第１の面２ａを覆うように配置されている。光透過性保護部材５は、第１の面２ａの周縁部に配置された接着層６を介して、半導体基板２の第１の面２ａに接着されている。受光部４上には一般的に集光用のマイクロレンズが形成されており、その集光効果を損なわないように、光透過性保護部材５と受光部４との間には間隙（キャビティ）７が形成されていることが好ましい。

光透過性保護部材５の表面には、受光部４を覆うように赤外光を遮断するＩＲ（カット）フィルタ５２が形成されている。さらに、受光部４を避けた領域には接着層（図示せず）を介して、レンズホルダ５３に集光用レンズ５４を装着したレンズモジュール５５が取り付けられている。なお、図２２では集光用レンズ５３を１枚しか図示していないが、集光用レンズ５３は必要に応じて複数枚で構成される。

さらに、半導体装置１とレンズモジュール５５とは、電気的なシールドや機械的補強を目的としたシールドキャップ５６で覆われている。シールドキャップ５６は、例えばアルミニウム、ステンレス材、Ｆｅ−Ｎｉ合金（４２アロイ等）で構成される。これらによって、カメラモジュール５１が構成されている。半導体装置１は外部接続端子１６を介して配線（図示せず）を有する基板５７上に実装される。半導体装置１は外部接続端子１６を介して基板５７の配線と電気的に接続される。

このようなカメラモジュール５１においては、撮像対象物から到来する光をレンズ５４で集光し、この集光した光を受光部４で受光する。受光部４で受光した光は光電変換されその出力がセンサ信号として活性層３に形成された制御ＩＣ（図示せず）に入力される。制御ＩＣはディジタルシグナルプロセッサを含み、それによってセンサ信号を処理して静止画あるいは動画のデータを作成し、貫通電極８、裏面配線層９および外部接続端子１６を介して基板５７に出力する。基板５７は図示しない記憶装置や表示装置に接続され、静止画や動画のデータが記憶装置に記憶され、あるいは表示装置に表示される。

この実施形態のカメラモジュール５１では、半導体装置１（半導体基板２）と基板５７との間隙から光が半導体基板２の裏面（第２の面）２ｂに漏れ込んでも、半導体基板２の第２の面２ｂは遮光膜１５で覆われているため、半導体基板２を赤外光が透過することはない。従って、半導体基板２の第２の面２ｂに漏れ込んだ光によって、金属膜で構成される裏面配線層９の像が受光部４に写り込み、撮像特性を劣化させることがない。すなわち、撮像特性に優れたカメラモジュール５１を安定して提供することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、半導体基板の表裏両面間を貫通電極で接続すると共に、半導体基板の第２の面（裏面）に配線層や遮光膜を形成する各種の半導体装置に適用することができる。そのような半導体装置も本発明に含まれる。また、本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の第１の実施形態による半導体装置を示す断面図である。 図１に示す半導体装置の一部を拡大して示す断面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 第１の実施形態による半導体装置の製造工程における活性層の形成段階を示す図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造工程における光透過性保護部材の準備段階を示す図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造工程における光透過性保護部材の貼り合わせ段階を示す図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造工程における半導体基板の加工段階を示す図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造工程における貫通電極の形成段階を示す図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造工程における裏面配線層の形成段階を示す図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造工程における保護膜の形成段階を示す図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造工程における遮光膜の形成段階を示す図である。 第１の実施形態の半導体装置の製造工程における外部接続端子の形成段階を示す図である。 本発明の第２の実施形態による半導体装置を示す断面図である。 図１３に示す半導体装置の一部を拡大して示す断面図である。 図１４のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の第３の実施形態による半導体装置を示す断面図である。 図１６に示す半導体装置の一部を拡大して示す断面図である。 図１７のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の第４の実施形態による半導体装置を示す断面図である。 図１９に示す半導体装置の一部を拡大して示す断面図である。 図２０のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 本発明の実施形態によるカメラモジュールを示す断面図である。

符号の説明

１，２１，３１，４１…半導体装置、２…半導体基板、２ａ…第１の面、２ｂ…第２の面、３…活性層、４…受光部、５…光透過性保護部材、６…接着層、７…間隙、８…貫通電極、９…裏面配線層、１０…保護膜、１１…開口部、１２…第１の凸部、１３…第２の凸部、１４，３３…段差、１５…遮光膜、１６…外部接続端子、３２…凹部、５１…カメラモジュール、５３…レンズホルダ、５４…集光用レンズ、５５…レンズモジュール。

Claims (5)

1. 第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面とを有する半導体基板と、
   前記半導体基板の前記第１の面に形成され、受光部を有する活性層と、
   前記第１の面と前記第２の面とを繋ぐように前記半導体基板に設けられ、前記活性層と電気的に接続された貫通電極と、
   前記半導体基板の前記第２の面に形成され、少なくとも一部が前記貫通電極と電気的に接続された裏面配線層と、
   前記裏面配線層上を含めて前記半導体基板の前記第２の面に形成され、前記裏面配線層の端子形成領域を露出させる開口部と、前記開口部の周囲に設けられた第１の凸部と、前記第１の凸部より外縁側に設けられた第２の凸部とを有する保護膜と、
   少なくとも前記半導体基板の前記第２の面の前記受光部に対応する領域に形成され、前記保護膜の前記第２の凸部を覆うと共に、前記開口部側の端部が前記第１の凸部上または前記第１の凸部より外縁側に位置する遮光膜と、
   前記裏面配線層の前記端子形成領域に設けられた外部接続端子と
   を具備することを特徴とする半導体装置。
2. 請求項１記載の半導体装置において、
   前記第２の凸部は前記第１の凸部から連続して形成されており、かつ前記第１の凸部と前記第２の凸部との間には前記第２の凸部が上段となる段差が設けられていることを特徴とする半導体装置。
3. 請求項１記載の半導体装置において、
   前記第２の凸部は前記第１の凸部から不連続部分を介して形成されており、かつ前記第２の凸部と前記裏面配線層または前記半導体基板の前記第２の面との間には前記第２の凸部が上段となる段差が設けられていることを特徴とする半導体装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項記載の半導体装置において、
   前記第２の凸部はその少なくとも一部が前記裏面配線層より外縁側に配置されていることを特徴とする半導体装置。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項記載の半導体装置と、
   前記半導体基板の前記第１の面を覆うように、前記受光部上に所定の間隙を介して配置された光透過性保護部材と、
   前記光透過性保護部材上に設けられたレンズモジュールと
   を具備することを特徴とするカメラモジュール。

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