JP2010165779A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】容易かつ高精度にアライメント用金属層を認識できる固体撮像装置を提供すること。
【解決手段】固体撮像装置は、半導体基板と、半導体基板の表面に形成された光電変換を行う画素部、画素部につながる金属配線層およびアライメント用金属層と、半導体基板の裏面に形成された外部接続端子と、半導体基板を貫通して形成され外部接続端子を金属配線層に電気的に接続する貫通孔と、画素部とアライメント用金属層を除いて半導体基板の表面を一様に覆うように積層される非透光性の封止材層とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】固体撮像装置は、半導体基板と、半導体基板の表面に形成された光電変換を行う画素部、画素部につながる金属配線層およびアライメント用金属層と、半導体基板の裏面に形成された外部接続端子と、半導体基板を貫通して形成され外部接続端子を金属配線層に電気的に接続する貫通孔と、画素部とアライメント用金属層を除いて半導体基板の表面を一様に覆うように積層される非透光性の封止材層とを備える。
【選択図】図1
Description
この発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関し、詳しくは、ウエハレベルチップサイズパッケージを用いた固体撮像装置とその製造方法に関する。
CCDやCMOSセンサ等の固体撮像素子を使用したデジタルカメラやビデオカメラが普及している。また、パーソナルコンピュータや携帯電話、電子手帳等の電子機器に、固体撮像装置とメモリとを組み込み、撮影機能を付加することも行われている。固体撮像装置は、デジタルカメラや撮影機能を付加した電子機器等の外形サイズに対する影響が大きいため、その小型化が望まれている。
固体撮像装置を小型化するために、チップサイズパッケージ(以下、CSPと略称する)という実装方式を用いた固体撮像装置が提案されている。このCSPを用いた固体撮像装置は、半導体ウエハプロセスによって多数の固体撮像素子が形成された半導体ウエハをダイシングし、個片化されたベアチップを実装基板上に実装して樹脂封止したもので、ベアチップよりも僅かに大きい程度の実装面積で固体撮像装置を形成できる。
また、CSPよりも小型化が可能な実装方式である、ウエハレベルチップサイズパッケージ(以下、WLCSP)を用いた固体撮像装置も提案されている。
このWLCSPを用いた固体撮像装置は、半導体ウエハプロセス中で固体撮像素子の封止や外部接続端子の形成まで行い、半導体ウエハをダイシングして個片化することにより、パッケージングの完成した固体撮像装置をチップサイズで得るものである。
このWLCSPを用いた固体撮像装置は、半導体ウエハプロセス中で固体撮像素子の封止や外部接続端子の形成まで行い、半導体ウエハをダイシングして個片化することにより、パッケージングの完成した固体撮像装置をチップサイズで得るものである。
しかし、WLCSPでも、基板への実装では、固体撮像装置の表面に形成された外部接続端子と実装基板との間をボンディングワイヤーで結線する方法が用いられていた。
ボンディングワイヤーを用いた結線方法では、固体撮像装置の実質的な実装面積が大きくなる。
そこで、各素子の裏面に貫通孔を介して表面の配線につながる外部接続端子を形成し、実装基板にワイヤレスでのフェイスボンディングを可能とした固体撮像装置も提案されている。
ボンディングワイヤーを用いた結線方法では、固体撮像装置の実質的な実装面積が大きくなる。
そこで、各素子の裏面に貫通孔を介して表面の配線につながる外部接続端子を形成し、実装基板にワイヤレスでのフェイスボンディングを可能とした固体撮像装置も提案されている。
このような固体撮像装置の製造方法としては、半導体ウエハプロセスで半導体ウエハ上に多数の固体撮像素子を形成し、各素子に非貫通の深孔と該深孔内に堆積する導電層を形成し、スクリーン印刷やディスペンスなどの手法により各素子の画素部の周囲を封止材で囲い、半導体ウエハと略同じ平面寸法を有する光透過性保護部材を半導体ウエハ上に圧着し、熱や紫外線などを作用させて前記封止材を硬化させ、先に形成した深孔内の導電層が露出するまで半導体ウエハの裏面をエッチングし、半導体ウエハを素子毎にダイシングすることにより封止と外部接続端子の形成が済んだ固体撮像装置を得る製造方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
ワイヤレスでのフェイスボンディングを可能とした固体撮像装置では、固体撮像素子を封止する前に貫通孔と外部接続端子の形成が行われている。つまり、未封止状態まま貫通孔と外部接続端子の形成工程が行われるので、固体撮像素子に汚れや塵芥が付着し易くなり、歩留まりが低下するという問題がある。
このような問題を解決するため、半導体ウエハ上に形成された多数の固体撮像素子を光透過性保護部材で封止してから、貫通孔と外部接続端子を形成することも考えられる。
しかし、光透過性保護部材は固体撮像素子の画素部を除いて塗布された封止材によって固体撮像素子に接合され、該封止材は余計な外光の入射による光学的特性の悪化を防止するため非透光性である。
しかし、光透過性保護部材は固体撮像素子の画素部を除いて塗布された封止材によって固体撮像素子に接合され、該封止材は余計な外光の入射による光学的特性の悪化を防止するため非透光性である。
一方、一般に貫通孔は各素子の表面に金属配線層を形成する際に同時に形成されたアライメント用金属層(アライメントマーク)の位置を基準にして形成される。
具体的には、各素子の表面に形成されたアライメント用金属層の位置を基準にフォトマスクを位置合わせしてフォトレジスト膜を露光・現像し、現像された所定パターンのフォトレジスト膜をマスクとしてエッチングすることにより、各素子の所定の位置に貫通孔を形成している。
具体的には、各素子の表面に形成されたアライメント用金属層の位置を基準にフォトマスクを位置合わせしてフォトレジスト膜を露光・現像し、現像された所定パターンのフォトレジスト膜をマスクとしてエッチングすることにより、各素子の所定の位置に貫通孔を形成している。
つまり、貫通孔および外部接続端子の形成前に光透過性保護部材で封止すると、アライメント用金属層が非透光性の封止材で覆われてしまうため、貫通孔の形成工程においてアライメント用金属層の認識が困難になる。
具体的には、封止材が非透光性であるため可視光でアライメント用金属層を認識することはできず、アライメント用金属層を認識するためには赤外光などを利用しなければならなくなる。
具体的には、封止材が非透光性であるため可視光でアライメント用金属層を認識することはできず、アライメント用金属層を認識するためには赤外光などを利用しなければならなくなる。
ここで、一般に光透過性保護部材の表面には、赤外光によるゴーストやカブリ、および、紫外光によるカラーフィルターの劣化を防止するために赤外光や紫外光をカットする光学フィルター膜が形成されている。
このため、上述のように赤外光を利用する場合であっても、素子の表面側からアライメント用金属層を照射することはできず、半導体ウエハの裏面側から半導体ウエハ越しにアライメント用金属層を照射しなければならない。
このため、上述のように赤外光を利用する場合であっても、素子の表面側からアライメント用金属層を照射することはできず、半導体ウエハの裏面側から半導体ウエハ越しにアライメント用金属層を照射しなければならない。
赤外光を利用したアライメント用金属層の認識には、専用の赤外光源とCCDカメラを備えた露光装置が必要となり、露光装置の構成が複雑になるばかりでなく露光装置に係るコストが増大する。
さらには、赤外光を半導体ウエハに透過させて半導体ウエハ越しにアライメント用金属層を認識するためコントラストが低下し、可視光でアライメント用金属層を直接認識する場合と比べてアライメント精度が低下する。
例えば、アライナータイプの露光装置において、赤外光を利用したアライメント精度(3σ)は、可視光を利用した場合と比較して1.0〜2.0μm程度悪化する。
さらには、赤外光を半導体ウエハに透過させて半導体ウエハ越しにアライメント用金属層を認識するためコントラストが低下し、可視光でアライメント用金属層を直接認識する場合と比べてアライメント精度が低下する。
例えば、アライナータイプの露光装置において、赤外光を利用したアライメント精度(3σ)は、可視光を利用した場合と比較して1.0〜2.0μm程度悪化する。
この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、容易かつ高精度にアライメント用金属層を認識できる固体撮像装置とその製造方法を提供するものである。
この発明は、半導体基板と、半導体基板の表面に形成された光電変換を行う画素部、画素部につながる金属配線層およびアライメント用金属層と、半導体基板の裏面に形成された外部接続端子と、半導体基板を貫通して形成され外部接続端子を金属配線層に電気的に接続する貫通孔と、画素部とアライメント用金属層を除いて半導体基板の表面を一様に覆うように積層される非透光性の封止材層とを備える固体撮像装置を提供するものである。
この発明によれば、アライメント用金属層が封止材層で覆われないので、貫通孔を形成する際に可視光でアライメント用金属層を容易かつ高精度に直接認識できる。
この発明による固体撮像装置は、半導体基板と、半導体基板の表面に形成された光電変換を行う画素部、画素部につながる金属配線層およびアライメント用金属層と、半導体基板の裏面に形成された外部接続端子と、半導体基板を貫通して形成され外部接続端子を金属配線層に電気的に接続する貫通孔と、画素部とアライメント用金属層を除いて半導体基板の表面を一様に覆うように積層される非透光性の封止材層とを備えることを特徴とする。
この発明による固体撮像装置において、画素部とは、光を受光することにより電荷を発生する複数の領域が一列または縦・横のマトリックス状に並んだ受光部分を意味する。
金属配線層とは半導体基板の表面に形成され画素部と電気的につながる金属配線を意味する。
金属配線層とは半導体基板の表面に形成され画素部と電気的につながる金属配線を意味する。
アライメント用金属層とは、固体撮像装置を製造する際のフォトリソグラフィ工程で位置決め用の目印として利用される金属製の基準マークを意味する。
外部接続端子とは固体撮像装置が実装基板に搭載される際に、固体撮像装置と実装基板とを電気的に接続する端子を意味する。
外部接続端子とは固体撮像装置が実装基板に搭載される際に、固体撮像装置と実装基板とを電気的に接続する端子を意味する。
貫通孔とは、半導体基板の裏面に形成された外部接続端子と、半導体基板の表面に形成された金属配線層とを電気的に接続するために半導体基板を貫通して形成された導電性の孔を意味する。
封止材層とは半導体基板の表面に積層された非透光性の樹脂層を意味する。
封止材層とは半導体基板の表面に積層された非透光性の樹脂層を意味する。
この発明による固体撮像装置において、封止材層は感光性樹脂からなっていてもよい。
このような構成によれば、固体撮像装置の製造工程において、いったん封止材層を半導体基板の表面に一様に積層(塗布)した後に、封止材層をフォトマスクを介して露光し、現像することにより、画素部およびアライメント用金属層上の封止材層を精度よく選択的に除去できる。
なお、ここで感光性樹脂はネガ型およびポジ型のいずれであっても構わない。
このような構成によれば、固体撮像装置の製造工程において、いったん封止材層を半導体基板の表面に一様に積層(塗布)した後に、封止材層をフォトマスクを介して露光し、現像することにより、画素部およびアライメント用金属層上の封止材層を精度よく選択的に除去できる。
なお、ここで感光性樹脂はネガ型およびポジ型のいずれであっても構わない。
アライメント用金属層は、一般に10〜300μm程度の平面寸法を有する非常に微細なマークであり、従来のスクリーン印刷法やディスペンス法で、このように微細なアライメント用金属層のみを選択的に除いて封止材を塗布することは技術的に非常に難しい。このため、封止材層が感光性樹脂からなる上記構成は、生産効率と加工精度の観点からも非常に好ましい。
また、封止材層を感光性樹脂で構成すれば、従来、スクリーン印刷法やディスペンス法で画素部を除くように封止材を塗布していた工程を、フォトマスクを介した露光と現像工程、すなわちフォトリソグラフィ工程に置換でき、仮に画素部のサイズが現行より縮小化されても画素部上の封止材を精度よく選択的に除去できるため、WLCSPの固体撮像装置を製造する上で非常に好ましい。
また、封止材層を感光性樹脂で構成すれば、従来、スクリーン印刷法やディスペンス法で画素部を除くように封止材を塗布していた工程を、フォトマスクを介した露光と現像工程、すなわちフォトリソグラフィ工程に置換でき、仮に画素部のサイズが現行より縮小化されても画素部上の封止材を精度よく選択的に除去できるため、WLCSPの固体撮像装置を製造する上で非常に好ましい。
封止材層が感光性樹脂からなる上記構成において、感光性樹脂はエポキシ樹脂、感光剤およびシリカフィラーからなっていてもよい。
このような構成によれば、他物質との接着性、機械的性質、電気的性能に優れるエポキシ樹脂が感光性樹脂の基材として用いられ、さらには充填材としてシリカフィラーが含有されるので、塗布時の膜厚が維持され易くなり、半導体基板の表面に積層される感光性樹脂として好適な性能を備えたものとなる。
このような構成によれば、他物質との接着性、機械的性質、電気的性能に優れるエポキシ樹脂が感光性樹脂の基材として用いられ、さらには充填材としてシリカフィラーが含有されるので、塗布時の膜厚が維持され易くなり、半導体基板の表面に積層される感光性樹脂として好適な性能を備えたものとなる。
この発明による固体撮像装置において、封止材層はアライメント用金属層の形成領域に対して10〜100μm程度の余裕をもって除かれていてもよい。
このような構成によれば、固体撮像装置の製造工程において、封止材層の加工精度に余裕が生まれ、アライメント用金属層が封止材層で覆われるといった事態を回避し易くなる。
このような構成によれば、固体撮像装置の製造工程において、封止材層の加工精度に余裕が生まれ、アライメント用金属層が封止材層で覆われるといった事態を回避し易くなる。
この発明による固体撮像装置は、封止材層上に積層され画素部を封止する光透過性保護部材をさらに備えていてもよい。
このような構成によれば、光透過性保護部材により画素部が封止されるので、画素部に汚れや塵芥が付着することを防止できる。
このような構成によれば、光透過性保護部材により画素部が封止されるので、画素部に汚れや塵芥が付着することを防止できる。
また、本発明では上述のとおりアライメント用金属層が封止材層で覆われないので、固体撮像装置の製造工程において、貫通孔および外部接続端子の形成前に画素部を光透過性保護部材で封止しても可視光でアライメント用金属層を容易かつ高精度に認識できる。このため、画素部を封止してから貫通孔および外部接続端子を形成でき、貫通孔および外部接続端子の形成時に汚れや塵芥が画素部に付着して歩留まりが低下することも防止できる。
この発明は別の観点からみると、半導体基板の表面に光電変換を行う画素部、画素部につながる金属配線層およびアライメント用金属層を形成し、半導体基板の表面に封止材を塗布して封止材層を形成し、画素部およびアライメント用金属層上の封止材層を選択的に除去し、半導体基板の裏面にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成し、半導体基板の表面側から可視光でアライメント用金属層を照射し認識されたアライメント用金属層の位置に基づいて半導体基板の裏面側でフォトマスクの位置合わせを行い、位置合わせされたフォトマスクを介して半導体基板の裏面側からフォトレジスト膜を露光・現像し、現像された所定パターンのフォトレジスト膜をマスクとして半導体基板をエッチングすることにより貫通孔を形成し、半導体基板の裏面に貫通孔を介して金属配線層につながる外部接続端子を形成する工程を備える固体撮像装置の製造方法を提供するものでもある。
この発明による上記の固体撮像装置の製造方法によれば、アライメント用金属層上の封止材が選択的に除去されるので、貫通孔を形成するためのフォトレジスト膜の露光時に可視光でアライメント用金属層を容易かつ高精度に認識できる。
これにより高い位置精度でフォトマスクの位置合わせを行うことができ、貫通孔を精度よく形成できる。
また、可視光でアライメント用金属層を認識できるので、赤外光などを用いる場合と比べて露光装置に係る費用も抑えられる。
これにより高い位置精度でフォトマスクの位置合わせを行うことができ、貫通孔を精度よく形成できる。
また、可視光でアライメント用金属層を認識できるので、赤外光などを用いる場合と比べて露光装置に係る費用も抑えられる。
この発明による上記の固体撮像装置の製造方法において、封止材層は感光性樹脂からなっていてもよい。
このような構成による作用と効果は、この発明による上述の固体撮像装置の項で述べたとおりである。すなわち、フォトマスクを介して封止材層を露光し現像することにより、画素部およびアライメント用金属層上の封止材層を精度よく選択的に除去できる。また、従来、スクリーン印刷法やディスペンス法で画素部を除くように封止材を塗布していた工程を、フォトマスクを介した露光と現像工程(フォトリソグラフィ)に置換できるので工作精度と生産効率が向上し、画素部のサイズが現行より縮小化されても十分に対応可能となる。
このような構成による作用と効果は、この発明による上述の固体撮像装置の項で述べたとおりである。すなわち、フォトマスクを介して封止材層を露光し現像することにより、画素部およびアライメント用金属層上の封止材層を精度よく選択的に除去できる。また、従来、スクリーン印刷法やディスペンス法で画素部を除くように封止材を塗布していた工程を、フォトマスクを介した露光と現像工程(フォトリソグラフィ)に置換できるので工作精度と生産効率が向上し、画素部のサイズが現行より縮小化されても十分に対応可能となる。
封止材層が感光性樹脂からなる上記構成において、感光性樹脂はエポキシ樹脂、感光剤およびシリカフィラーからなっていてもよい。
このような構成による作用と効果は、この発明による上述の固体撮像装置の項で述べたとおりである。
このような構成による作用と効果は、この発明による上述の固体撮像装置の項で述べたとおりである。
この発明による上記の固体撮像装置の製造方法は、フォトマスクを介して封止材層を露光・現像してアライメント用金属層の形成領域に対して10〜100μmの余裕をもって封止材層を除去してもよい。
このような構成による作用と効果は、上述の固体撮像装置の項で述べたとおりである。
このような構成による作用と効果は、上述の固体撮像装置の項で述べたとおりである。
この発明による上記の固体撮像装置の製造方法は、画素部およびアライメント用金属層上の封止材層を選択的に除去する工程と、半導体基板の裏面にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成する工程との間に、封止材層上に光透過性保護部材を積層して画素部を封止する工程をさらに備えていてもよい。
このような構成による作用と効果は、上述の固体撮像装置の項で述べたとおりである。すなわち、本発明ではアライメント用金属層上の封止材層が選択的に除去されるので、貫通孔および外部接続端子の形成前に光透過性保護部材で画素部を封止してもアライメント用金属層を可視光で容易かつ高精度に認識でき、画素部を封止してから貫通孔および外部接続端子を形成することにより、貫通孔および外部接続端子の形成工程で汚れや塵芥が画素部に付着して歩留まりが低下することを防止できる。
このような構成による作用と効果は、上述の固体撮像装置の項で述べたとおりである。すなわち、本発明ではアライメント用金属層上の封止材層が選択的に除去されるので、貫通孔および外部接続端子の形成前に光透過性保護部材で画素部を封止してもアライメント用金属層を可視光で容易かつ高精度に認識でき、画素部を封止してから貫通孔および外部接続端子を形成することにより、貫通孔および外部接続端子の形成工程で汚れや塵芥が画素部に付着して歩留まりが低下することを防止できる。
この発明による上記の固体撮像装置の製造方法において、アライメント用金属層を照射する可視光の波長は約495〜790nmであってもよい。
以下、この発明の実施形態に係る固体撮像装置とその製造方法について図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明の実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
図1に示されるように、本発明の実施形態に係る固体撮像装置100は、半導体ウエハ上で封止された後、ダイシングによりチップ毎に個片化されたWLCSP方式の固体撮像装置である。
本実施形態に係る固体撮像装置100は、半導体基板(半導体ウエハ)1と、半導体基板1の表面に形成された光電変換を行う画素部3、画素部3につながる金属配線層21およびアライメント用金属層9と、半導体基板1の裏面に形成された外部接続端子20と、半導体基板1を貫通して形成され外部接続端子20を金属配線層21に電気的に接続する貫通孔16と、画素部3とアライメント用金属層9を除いて半導体基板1の表面を一様に覆うように積層される非透光性の封止材層6とを備えている。
図1に示されるように、本発明の実施形態に係る固体撮像装置100は、半導体ウエハ上で封止された後、ダイシングによりチップ毎に個片化されたWLCSP方式の固体撮像装置である。
本実施形態に係る固体撮像装置100は、半導体基板(半導体ウエハ)1と、半導体基板1の表面に形成された光電変換を行う画素部3、画素部3につながる金属配線層21およびアライメント用金属層9と、半導体基板1の裏面に形成された外部接続端子20と、半導体基板1を貫通して形成され外部接続端子20を金属配線層21に電気的に接続する貫通孔16と、画素部3とアライメント用金属層9を除いて半導体基板1の表面を一様に覆うように積層される非透光性の封止材層6とを備えている。
封止材層6は、エポキシ樹脂、感光剤およびシリカフィラーからなる感光性樹脂であり、後述するフォトリソグラフィ工程により画素部3およびアライメント用金属層9上から選択的に除去された後に硬化させられている。
封止材層6上には画素部3を封止する光透過性保護部材4が積層され、光透過性保護部材4の表面にはゴーストやかぶりの原因となる赤外光や、カラーフィルター(図示せず)を劣化させる紫外光をカットするための光学フィルター膜5が設けられている。
つまり、封止材層6は半導体基板1の表面に形成された金属配線層21を保護すると共に光透過性保護部材4を半導体基板1に接合する役割を担っている。
封止材層6が非透光性であるのは、余計な外光が画素部3に入射することによる光学特性の悪化を防止するためである。
封止材層6上には画素部3を封止する光透過性保護部材4が積層され、光透過性保護部材4の表面にはゴーストやかぶりの原因となる赤外光や、カラーフィルター(図示せず)を劣化させる紫外光をカットするための光学フィルター膜5が設けられている。
つまり、封止材層6は半導体基板1の表面に形成された金属配線層21を保護すると共に光透過性保護部材4を半導体基板1に接合する役割を担っている。
封止材層6が非透光性であるのは、余計な外光が画素部3に入射することによる光学特性の悪化を防止するためである。
なお、半導体基板1と封止材層6との間には絶縁性保護膜22が介在しているが、絶縁性保護膜22は光透過性を有するため、アライメント用金属層9は外部から可視光で認識できる。
また、図示しないが、本実施形態において画素部3は、光を受光することにより受光量に応じた電荷を発生する複数の領域が縦・横のマトリックス状に並んだ受光部である。
また、図示しないが、本実施形態において画素部3は、光を受光することにより受光量に応じた電荷を発生する複数の領域が縦・横のマトリックス状に並んだ受光部である。
以下、本実施形態に係る固体撮像装置100の製造方法について図2〜5に基づいて説明する。図2〜5は本実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す工程図である。
まず、図2(a)に示されるように、半導体ウエハ1の表面に画素部3、画素部3の駆動回路や処理回路となる金属配線層21およびアライメント用金属層9を通常の半導体ウエハプロセスにより形成する。
これにより、半導体ウエハ1の表面は画素部3が形成された画素部エリア12と、金属配線層21およびアライメント用金属層9が形成された周辺部エリア13とに区画される。
なお、周辺部エリア13は絶縁性保護膜22で覆われるが、この絶縁性保護膜22にはCVD法で形成された酸化シリコン膜、BPSG膜、窒化シリコン膜などを用いることができ、いずれも光透過性を有する。
これにより、半導体ウエハ1の表面は画素部3が形成された画素部エリア12と、金属配線層21およびアライメント用金属層9が形成された周辺部エリア13とに区画される。
なお、周辺部エリア13は絶縁性保護膜22で覆われるが、この絶縁性保護膜22にはCVD法で形成された酸化シリコン膜、BPSG膜、窒化シリコン膜などを用いることができ、いずれも光透過性を有する。
次に、図2(b)に示されるように、半導体ウエハ1の表面側にディスペンス法やラミネート法などによって封止材を膜厚10〜200μm程度で一様に塗布し封止材層6を形成する。なお、本実施形態では、封止材層6の膜厚を約50μmとする。
封止材層6を形成する封止材はネガ型の感光性樹脂であり、主にエポキシ樹脂、感光剤およびシリカフィラーからなる。もちろん、感光性の種類はネガ型に限られるものではなく、露光部が除去されるポジ型であってもよい。
封止材層6を形成する封止材はネガ型の感光性樹脂であり、主にエポキシ樹脂、感光剤およびシリカフィラーからなる。もちろん、感光性の種類はネガ型に限られるものではなく、露光部が除去されるポジ型であってもよい。
次に、図2(c)に示されるように、フォトマスク14を介して封止材層6を365〜436nm程度の波長を有する紫外光で露光する。
その後、図2(d)および図2(e)に示されるように、アルカリ現像液または有機溶剤などで現像して未露光部を溶解除去し、画素部3およびアライメント用金属層9上の封止材層6を選択的に除去する。
なお、図2(e)は図2(d)に示されるアライメント用金属層9を上方からみた部分拡大平面図である。
その後、図2(d)および図2(e)に示されるように、アルカリ現像液または有機溶剤などで現像して未露光部を溶解除去し、画素部3およびアライメント用金属層9上の封止材層6を選択的に除去する。
なお、図2(e)は図2(d)に示されるアライメント用金属層9を上方からみた部分拡大平面図である。
ここで上記の露光工程は、半導体ウエハ1に対するフォトマスク14の位置合わせ精度の誤差等により、現像後の封止材層6がアライメント用金属層9を覆うことのないよう、アライメント用金属層9の形成領域に対して10〜100μm程度の余裕をもって行われる。
例えば、アライメント用金属層9の平面寸法が10〜300μm程度である場合、アライメント用金属層9の形成領域よりも10〜100μm程度大きな領域を未露光部とする。
これにより現像後の封止材層6には20〜400μm程度の寸法を有する開口10が形成され、アライメント用金属層9はほぼ確実に露出することとなる。
図2(e)に示されるように、本実施形態ではアライメント用金属層9の平面寸法D1を約200μmとし、アライメント用金属層9を露出させる開口10の寸法D2は約300μmとする。
これにより現像後の封止材層6には20〜400μm程度の寸法を有する開口10が形成され、アライメント用金属層9はほぼ確実に露出することとなる。
図2(e)に示されるように、本実施形態ではアライメント用金属層9の平面寸法D1を約200μmとし、アライメント用金属層9を露出させる開口10の寸法D2は約300μmとする。
本発明では、封止材層6が感光性樹脂からなるため、10〜300μm程度の平面寸法を有する非常に微細なアライメント用金属層9上の封止材層6をフォトリソグラフィ法で精度よく選択的に除去できる。
また、従来、画素部3を除くように封止材を塗布していた工程をフォトリソグラフィ法による露光・現像工程に置換できるため画素部3のサイズが縮小化されても十分に対応可能となり、WLCSP方式の固体撮像装置100を精度よく効率的に作製するという観点からも非常に好ましい。
なお、アライメント用金属層9を露出させる開口10の形状は四角形に限られず、円形やアライメント用金属層9の形状に対応した十字形などであってもよい。
また、従来、画素部3を除くように封止材を塗布していた工程をフォトリソグラフィ法による露光・現像工程に置換できるため画素部3のサイズが縮小化されても十分に対応可能となり、WLCSP方式の固体撮像装置100を精度よく効率的に作製するという観点からも非常に好ましい。
なお、アライメント用金属層9を露出させる開口10の形状は四角形に限られず、円形やアライメント用金属層9の形状に対応した十字形などであってもよい。
次に、図3(f)に示されるように、半導体ウエハ1と略同じ平面寸法を有する光透過性保護部材4を半導体ウエハ1上に圧着し、100〜250℃程度で30〜100分程度の熱処理を施すか、または紫外線を1000mJ/cm2程度の露光エネルギー量で照射して封止材層6を硬化させる。
これにより、光透過性保護部材4が半導体ウエハ1に接合され、画素部3が外部から封止される。
これにより、光透過性保護部材4が半導体ウエハ1に接合され、画素部3が外部から封止される。
次に、図3(g)に示されるように、半導体ウエハ1の厚さが25〜200μm程度となるまで半導体ウエハ1に背面研削(バックグラインド)処理を施す。
次に、図3(h)に示されるように、半導体ウエハ1の裏面にポジ型のフォトレジストを膜厚5〜20μm程度で塗布しフォトレジスト膜2を形成する。
次に、図3(h)に示されるように、半導体ウエハ1の裏面にポジ型のフォトレジストを膜厚5〜20μm程度で塗布しフォトレジスト膜2を形成する。
次に、図4(i)に示されるように、半導体ウエハ1の表面側(図面では下側)から495〜780nm程度の波長を有する可視光でアライメント用金属層9を照射し、CCDカメラ7でアライメント用金属層9の位置を認識する。
そして、可視光でCCDカメラ7により認識されたアライメント用金属層9の位置に基づいて半導体ウエハ1に対するフォトマスク15の位置合わせを行い、位置合わせされたフォトマスク15を介して365〜436nm程度の波長を有する紫外光でフォトレジスト膜2を露光する。
そして、可視光でCCDカメラ7により認識されたアライメント用金属層9の位置に基づいて半導体ウエハ1に対するフォトマスク15の位置合わせを行い、位置合わせされたフォトマスク15を介して365〜436nm程度の波長を有する紫外光でフォトレジスト膜2を露光する。
次に、図4(j)に示されるように、露光されたフォトレジスト膜2をアルカリ現像液または有機溶剤などで現像し露光部を溶解除去する。
次に、図4(k)に示されるように、現像された所定パターンのフォトレジスト膜2(図4(j)参照)をマスクとして半導体ウエハ1をドライエッチングし、半導体ウエハ1に金属配線層21につながる貫通孔16を形成する。
次に、図4(k)に示されるように、現像された所定パターンのフォトレジスト膜2(図4(j)参照)をマスクとして半導体ウエハ1をドライエッチングし、半導体ウエハ1に金属配線層21につながる貫通孔16を形成する。
上述のとおり、半導体ウエハ1の表面側には非透光性の封止材層6と、赤外光および紫外光をカットする光学フィルター膜5を有する光透過性保護部材4が設けられているが、アライメント用金属層9上の封止材層6が選択的に除去されているため、可視光でアライメント用金属層9を精度よく認識することが可能となっている。
そして上述の露光工程において、アライメント用金属層9は可視光でCCDカメラ7により直接認識されるので、アライナータイプの露光装置を利用した場合、アライメント精度(3σ)は1.0μm以下となる。
これは、波長800〜1200nm程度の赤外光を利用して半導体ウエハ越しにアライメント用金属層を認識していた従来の手法のアライメント精度(3σ)が1.5〜2.0μmであったことと比較すると、アライメント精度に飛躍的な向上をもたらす。
このため、半導体ウエハ1に対するフォトマスク15の位置合わせ精度も高くなり、半導体ウエハ1の所定の位置に高い位置精度で貫通孔16を形成できるようになる。
また、従来のように専用の赤外光源とCCDカメラが不要となることから、露光装置の構成が複雑になることを防止でき、露光装置に係る費用も抑えられる。
これは、波長800〜1200nm程度の赤外光を利用して半導体ウエハ越しにアライメント用金属層を認識していた従来の手法のアライメント精度(3σ)が1.5〜2.0μmであったことと比較すると、アライメント精度に飛躍的な向上をもたらす。
このため、半導体ウエハ1に対するフォトマスク15の位置合わせ精度も高くなり、半導体ウエハ1の所定の位置に高い位置精度で貫通孔16を形成できるようになる。
また、従来のように専用の赤外光源とCCDカメラが不要となることから、露光装置の構成が複雑になることを防止でき、露光装置に係る費用も抑えられる。
次に、図5(l)に示されるように、貫通孔16が形成された半導体ウエハ1の裏面にCVD法で絶縁層17を形成した後、図5(m)に示されるように、貫通孔16の底に堆積した絶縁層17(図5(l)参照)をドライエッチングにより除去する。
その後、図5(n)に示されるように、貫通孔16を介して半導体ウエハ1表面の金属配線層21に電気的に接続される裏面配線層18および外部接続端子20を半導体ウエハ1の裏面にそれぞれ形成し、さらにソルダーレジストからなる絶縁性保護膜19を形成した後、ダイシングにより個々のチップに個片化し、図1に示される固体撮像装置100を得る。
その後、図5(n)に示されるように、貫通孔16を介して半導体ウエハ1表面の金属配線層21に電気的に接続される裏面配線層18および外部接続端子20を半導体ウエハ1の裏面にそれぞれ形成し、さらにソルダーレジストからなる絶縁性保護膜19を形成した後、ダイシングにより個々のチップに個片化し、図1に示される固体撮像装置100を得る。
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、アライメント用金属層9上の封止材層6が選択的に除去されるので、画素部3を光透過性保護部材4で封止した後でも、可視光でアライメント用金属層9を直接認識できる。
これにより、画素部3を封止した状態で半導体ウエハ1の所定の位置に貫通孔16を高い位置精度で形成でき、半導体ウエハ1の裏面に貫通孔16を介して半導体ウエハ1表面の金属配線層21に電気的に接続される外部接続端子20を設けることにより、実装基板にフェイスダウンで実装できるWLCSP方式の固体撮像装置100を歩留まりよく作製できる。
これにより、画素部3を封止した状態で半導体ウエハ1の所定の位置に貫通孔16を高い位置精度で形成でき、半導体ウエハ1の裏面に貫通孔16を介して半導体ウエハ1表面の金属配線層21に電気的に接続される外部接続端子20を設けることにより、実装基板にフェイスダウンで実装できるWLCSP方式の固体撮像装置100を歩留まりよく作製できる。
1 半導体基板(半導体ウエハ)
2 フォトレジスト膜
3 画素部
4 光透過性保護部材
5 光学フィルター膜
6 封止材層
7 CCDカメラ
9 アライメント用金属層
10 開口
12 画素部エリア
13 周辺部エリア
14,15 フォトマスク
16 貫通孔
17 絶縁層
18 裏面配線層
19,22 絶縁性保護膜
20 外部接続端子
21 金属配線層
2 フォトレジスト膜
3 画素部
4 光透過性保護部材
5 光学フィルター膜
6 封止材層
7 CCDカメラ
9 アライメント用金属層
10 開口
12 画素部エリア
13 周辺部エリア
14,15 フォトマスク
16 貫通孔
17 絶縁層
18 裏面配線層
19,22 絶縁性保護膜
20 外部接続端子
21 金属配線層
Claims (11)
- 半導体基板と、半導体基板の表面に形成された光電変換を行う画素部、画素部につながる金属配線層およびアライメント用金属層と、半導体基板の裏面に形成された外部接続端子と、半導体基板を貫通して形成され外部接続端子を金属配線層に電気的に接続する貫通孔と、画素部とアライメント用金属層を除いて半導体基板の表面を一様に覆うように積層される非透光性の封止材層とを備える固体撮像装置。
- 封止材層が感光性樹脂からなる請求項1に記載の固体撮像装置。
- 感光性樹脂がエポキシ樹脂、感光剤およびシリカフィラーからなる請求項2に記載の固体撮像装置。
- 封止材層はアライメント用金属層の形成領域に対して10〜100μmの余裕をもって除かれている請求項1〜3のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
- 封止材層上に積層され画素部を封止する光透過性保護部材をさらに備える請求項1〜4のいずれか1つに記載の固体撮像装置。
- 半導体基板の表面に光電変換を行う画素部、画素部につながる金属配線層およびアライメント用金属層を形成し、半導体基板の表面に封止材を塗布して封止材層を形成し、画素部およびアライメント用金属層上の封止材層を選択的に除去し、半導体基板の裏面にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成し、半導体基板の表面側から可視光でアライメント用金属層を照射し認識されたアライメント用金属層の位置に基づいて半導体基板の裏面側でフォトマスクの位置合わせを行い、位置合わせされたフォトマスクを介して半導体基板の裏面側からフォトレジスト膜を露光・現像し、現像された所定パターンのフォトレジスト膜をマスクとして半導体基板をエッチングすることにより貫通孔を形成し、半導体基板の裏面に貫通孔を介して金属配線層につながる外部接続端子を形成する工程を備える固体撮像装置の製造方法。
- 封止材層が感光性樹脂からなる請求項6に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 感光性樹脂がエポキシ樹脂、感光剤およびシリカフィラーからなる請求項7に記載の固体撮像装置の製造方法。
- フォトマスクを介して封止材層を露光・現像してアライメント用金属層上の封止材層を選択的に除去する際に、アライメント用金属層の形成領域に対して10〜100μmの余裕をもって封止材層を除去する請求項6〜8のいずれか1つに記載の固体撮像装置の製造方法。
- 画素部およびアライメント用金属層上の封止材層を選択的に除去する工程と、半導体基板の裏面にフォトレジストを塗布してフォトレジスト膜を形成する工程との間に、封止材層上に光透過性保護部材を積層して画素部を封止する工程をさらに備える請求項6〜9のいずれか1つに記載の固体撮像装置の製造方法。
- アライメント用金属層を照射する可視光の波長が495〜780nmである請求項6〜10のいずれか1つに記載の固体撮像装置の製造方法。
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---|---|---|---|
JP2009005647A JP2010165779A (ja) | 2009-01-14 | 2009-01-14 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2015179730A (ja) * | 2014-03-19 | 2015-10-08 | 新光電気工業株式会社 | 配線基板及びその製造方法と半導体装置 |
JP2017219851A (ja) * | 2011-03-16 | 2017-12-14 | ケーエルエー−テンカー コーポレイション | 薄膜スペクトル純度フィルタコーティングとともに画像センサを使用するeuv化学線レチクル検査システム |
-
2009
- 2009-01-14 JP JP2009005647A patent/JP2010165779A/ja active Pending
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