JP2016111285A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の低下を抑制することができる半導体装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、半導体基板の第１の面側に、前記第１の面に接触するように設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜に接触するように設けられた配線と、前記半導体基板の前記第１の面側に設けられた凹凸部と、前記半導体基板の前記第１の面側に、前記配線および前記凹凸部に接触するとともに、前記絶縁膜に接触するように設けられた保護膜と、を具備する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。

ＷＬＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）タイプの半導体装置の一例として、画素部を有するセンサ部、このセンサ部上にリング状に形成された接着層、および接着層上に配置されたガラス基板、によって構成される固体撮像装置が知られている。この種のＷＬＣＳＰタイプの固体撮像装置において、センサ部の下面側には絶縁膜を介して、画素部に電気的に接続される配線が形成されている。また、この配線を含む絶縁膜に接触するようにソルダーレジスト膜が形成されている。ソルダーレジスト膜は、配線を覆うように形成されるため、配線を保護することができる。

このような従来のＷＬＣＳＰタイプの固体撮像装置において、ソルダーレジスト膜の絶縁膜に対する密着強度は比較的弱い。そのため、固体撮像装置の製造工程中に受けるダメージや、固体撮像装置の製造後の外的ダメージによって、絶縁膜に割れ、欠け、クラックが生じる等の理由により、ソルダーレジスト膜が絶縁膜から剥がれ、装置の信頼性が低下する、という問題がある。

特開２０１２−１９１１２３号公報

実施形態は、信頼性の低下を抑制することができる半導体装置を提供することを目的とする。

実施形態に係る半導体装置は、半導体基板の第１の面側に、前記第１の面に接触するように設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜に接触するように設けられた配線と、前記半導体基板の前記第１の面側に設けられた凹凸部と、前記半導体基板の前記第１の面側に、前記配線および前記凹凸部に接触するとともに、前記絶縁膜に接触するように設けられた保護膜と、を具備する。

また、実施形態に係る半導体装置は、半導体基板の第１の面側に、前記第１の面に接触するように設けられた絶縁膜と、前記絶縁膜に接触するように設けられた複数の配線と、前記半導体基板の第１の面側において、前記複数の配線のいくつかの辺上の線を結ぶことにより形成される外周によって、全ての前記配線を内部に含むように閉じられる一領域である配線形成領域のみを覆うように設けられた保護膜と、を具備する。

第１の実施形態に係る固体撮像装置の一断面図である。 第１の実施形態に係る固体撮像装置の裏面の一部を拡大して示す平面図である。 配線形成領域の定義を説明するための図である。 第２の実施形態に係る固体撮像装置の一断面図である。 第２の実施形態に係る固体撮像装置の裏面の一部を拡大して示す平面図である。 第２の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の一断面図である。 第３の実施形態に係る固体撮像装置の一断面図である。 第３の実施形態に係る固体撮像装置の裏面の一部を拡大して示す平面図である。

以下に、実施形態に係る半導体装置を、図面を参照して詳細に説明する。以下の各実施形態の説明においては、半導体装置の一例であるＷＬＣＳＰ（Ｗａｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）タイプの固体撮像装置について、詳細に説明する。なお、ＷＬＣＳＰタイプの固体撮像装置とは、半導体ウエハの状態のまま複数個の固体撮像装置を一括して製造し、最後に半導体ウエハ等を切断することによって形成される固体撮像装置である。以下、ＷＬＣＳＰタイプの固体撮像装置を、固体撮像装置と称する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を示す一断面図である。また、図２は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の裏面の一部を拡大して示す平面図である。

図１および図２に示す固体撮像装置１０は、センサ部１１、このセンサ部１１上に設けられた接着層１２、およびこの接着層１２を介してセンサ部１１の上方に設けられた透明基板１３、を有する。

センサ部１１は、半導体基板１４の上面に、素子領域である画素部１５を設けることにより構成されている。半導体基板１４の画素部１５は、複数の受光部１５ａを有する。半導体基板１４は、例えばシリコンによって構成されるシリコン基板であり、複数の受光部１５ａの各々は、例えばフォトダイオード層である。複数の受光部１５ａは、半導体基板１４の上面の略中央部に、２次元配列されている。

センサ部１１において、半導体基板１４の上面側には、この上面に接するように配線層１６が設けられている。配線層１６は、複数層（例えば２層）に亘って積層される複数の内部配線１７が層間絶縁膜１８によって互いに絶縁されるように構成された多層配線層である。この配線層１６の内部には、配線層１６の内部配線１７と電気的に接続される複数の内部電極１９が設けられている。複数の内部配線１７および複数の内部電極１９の各々は、例えばＡｌ、またはＣｕ等の金属材料によって構成されており、層間絶縁膜１８は、例えばＳｉＯ_２等によって構成されている。

なお、配線層１６の内部配線１７は、内部配線１７によって入射光の受光を妨げることを抑制するために、半導体基板１４の上面に形成された受光部１５ａの直上を覆わないように設けられている。

さらに、センサ部１１において、配線層１６の上面側には、複数の受光部１５ａとともに画素部１５を構成する複数のマイクロレンズ１５ｂが、配線層１６の上面に接するように設けられている。複数のマイクロレンズ１５ｂは、複数の受光部１５ａの上方に設けられており、アレイ状に配列されている。各々のマイクロレンズ１５ｂは、例えば熱フロー性の透明樹脂材料によって構成されている。

このように構成されたセンサ部１１の上面側に設けられる接着層１２は、このセンサ部１１の四角形の周に沿ってリング状に設けられている。より詳細に説明すると、接着層１２は、センサ部１１の配線層１６の上面側に、この上面の周に沿った領域に接し、かつ複数のマイクロレンズ１５ｂを囲うように、リング状に設けられている。この接着層１２の厚さは、センサ部１１の上面（配線層１６の上面）と、後述する透明基板１３の下面と、の距離を規定する。したがって、透明基板１３がマイクロレンズ１５ｂに接触しないように、接着層１２の厚さは、少なくともマイクロレンズ１５ｂの高さより厚くなっている。このような接着層１２は、例えばエポキシ系の熱硬化性樹脂によって構成される。

センサ部１１の上方には、接着層１２を介して透明基板１３が設けられる。センサ部１１は、この透明基板１３に、接着層１２によって固定されている。このような透明基板１３は、センサ部１１の半導体基板１４を薄型化する時の支持基板として使用される基板であり、例えばガラス基板によって構成されている。

センサ部１１が上記のように接着層１２によって透明基板１３に固定されるため、センサ部１１のマイクロレンズ１５ｂと透明基板１３との間には、接着層１２によって囲まれる空間Ｓが設けられる。

このような固体撮像装置１０のセンサ部１１において、半導体基板１４の上面側と反対方向である下面側には、半導体基板１４の下面に接するように絶縁膜２０が形成されている。絶縁膜２０は、例えば５μｍ程度の厚さのＳｉＯ_２膜である。

また、センサ部１１において、半導体基板１４の下面側には、絶縁膜２０に接するように複数の配線２１が形成されている。複数の配線２１の各々は、例えばＣｕ等の金属によって構成される金属配線である。

なお、複数の配線２１の各々は、半導体基板１４の上面側に形成された配線層１６の内部電極１９に、貫通電極２２を介して電気的に接続されている。すなわち、内部電極１９の下方の半導体基板１４および層間絶縁膜１８には、これらを貫通する貫通孔が形成されており、貫通孔の側壁には、半導体基板１４の下面側の絶縁膜２０から延在する絶縁膜２３が設けられている。そして、絶縁膜２３が設けられた貫通孔内には、貫通電極２２として、例えばＣｕ等の金属が、貫通孔を埋めるように設けられている。このような貫通電極２２は、その一方の端部において内部電極１９に接触しており、他方の端部において配線２１に接触している。このように、複数の配線２１の各々と配線層１６の内部電極１９とは、貫通電極２２によって電気的に接続されている。したがって、複数の配線２１は、貫通電極２２、内部電極１９、および内部配線１７を介して、センサ部１１の画素部１５である素子領域に電気的に接続される。

各々の配線２１の下面側には、配線２１に接触するように、外部電極２４が形成されている。外部電極２４は、例えば半田ボールによって構成されている。

ここで、図３において斜線で示される一領域、すなわち、半導体基板１４の下面側において、各配線２１のいくつかの辺上を通る線で結ぶことにより形成される外周Ｐによって、全ての配線２１を内部に含むように閉じられる一領域を、配線形成領域Ｒと定義する。全ての配線２１は、配線形成領域Ｒ内に含まれる。

図１および図２を再度参照する。半導体基板１４の下面側において、配線形成領域Ｒの周囲には、複数の凹凸部の複数の凸部が設けられている。複数の凸部は、全ての配線２１から実質的に絶縁された浮遊配線であるダミー配線２５ａ、２５ｂによって構成される。ダミー配線２５ａ、２５ｂはそれぞれ、配線形成領域Ｒを囲い、半導体基板１４の下面の周に沿ったリング状に、絶縁膜２０に接するように設けられている。本実施形態において、２本のダミー配線２５ａ、２５ｂが、互いに離間する位置に設けられている。外側のダミー配線２５ａは、一周に亘って連続的に設けられており、内側のダミー配線２５ｂは、複数に分割されて設けられている。ダミー配線２５ａ、２５ｂの各々は、例えば線幅が１０μｍ程度、厚さが５μｍ程度のＣｕ等の金属配線によって構成されており、内側のダミー配線２５ｂと配線形成領域Ｒとの距離Ｌ１が２０μｍ、外側のダミー配線２５ａと後述の保護膜２６の端面との距離Ｌ２が５μｍ、となるような位置に設けられている。

なお、本願において、ダミー配線の本数は限定されず、また、設けられるダミー配線は、一周に亘って連続的に形成されていてもよいし、複数に分割されていてもよい。

このようなダミー配線２５ａ、２５ｂおよび複数の配線２１が設けられた絶縁膜２０の下面側には、複数の配線２１および複数のダミー配線２５ａ、２５ｂの各々に接触するとともに、複数の配線２１および複数のダミー配線２５ａ、２５ｂの間から露出する絶縁膜２０の下面に接触するように、保護膜２６が形成されている。保護膜２６は、少なくとも配線２１を保護するための膜であって、例えば樹脂製のソルダーでジスト膜によって構成される。

なお、保護膜２６は、固体撮像装置１０の側面にかかるダメージによって絶縁膜２０から剥がれることを抑制するために、この膜２６の端面が半導体基板１４の側面からやや内側に配置されるように設けられている。図示は省略するが、保護膜２５に角がある場合には、その角を丸めることにより、側面にかかる圧力によって剥がれることをより抑制することができる。

以上に説明した本実施形態に係る固体撮像装置１０によれば、半導体基板１４の下面側に、ダミー配線２５ａ、２５ｂによって構成される複数の凸部が形成されており、保護膜２６は、これらの凸部に接するように設けられている。このように、保護膜２６と凸部との接触面積分だけ保護膜２６の接触面積を増加させることができるため、保護膜２６が絶縁膜２０から剥がれることを抑制することができる。この結果、保護膜２６が絶縁膜２０から剥がれることによる、固体撮像装置１０の信頼性の低下を抑制することができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る固体撮像装置を示す一断面図である。また、図５は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の裏面の一部を拡大して示す平面図である。図４および図５に示す固体撮像装置３０は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と比較して、半導体基板１４の下面側に凸部ではなく凹部が形成されている点が異なる。以下、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と異なる部分について説明し、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。

図４および図５に示すように、センサ部３１の半導体基板１４の下面側には、例えば５μｍ程度の厚さのＳｉＯ_２膜である絶縁膜３２が、半導体基板１４の下面に接するように設けられている。そして、配線形成領域Ｒの周囲の絶縁膜３２の下面には、凹凸部の凹部が設けられている。凹部は、配線形成領域Ｒを囲い、半導体基板１４の下面の周に沿って絶縁膜３２に設けられたリング状の溝３３によって構成される。本実施形態において、１本のリング状の溝３３が設けられている。溝３３は、例えば１０μｍ程度の幅を有し、絶縁膜３２を貫通する程度の深さを有する。このような溝３３は、溝３３と配線形成領域Ｒとの距離Ｌ３が２０μｍ、溝３３と保護膜３４の端面との距離Ｌ４が１５μｍ、となるような位置に設けられている。

なお、本願において、溝の本数は限定されず、また、設けられる溝は、図示するように、一周に亘って連続的に形成されていてもよいし、図示は省略するが、複数に分割されていてもよい。さらに、溝の深さについても限定されず、絶縁膜３２を貫通しない程度の深さであってもよいし、図６に示す固体撮像装置３０´のように、絶縁膜３２を貫通して半導体基板１４´の下面にも溝３３´が設けられる程度の深さであってもよい。

このような溝３３（３３´）および複数の配線２１が設けられた絶縁膜３２の下面側には、複数の配線２１および溝３３（３３´）の内壁面に接触するとともに、複数の配線２１の間から露出する絶縁膜３２の下面に接触するように、保護膜３４が形成されている。

以上に説明した本実施形態に係る固体撮像装置３０（３０´）によれば、半導体基板１４（１４´）の下面側に、溝３３（３３´）によって構成される凹部が形成されており、保護膜３４は、凹部の内壁面に接するように設けられている。このように、保護膜３４と凹部との接触面積分だけ保護膜３４の接触面積を増加させることができるため、保護膜３４が絶縁膜３２から剥がれることを抑制することができる。この結果、保護膜３４が絶縁膜３２から剥がれることによる、固体撮像装置３０（３０´）の信頼性の低下を抑制することができる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態に係る固体撮像装置を示す一断面図である。また、図８は、第３の実施形態に係る固体撮像装置の裏面の一部を拡大して示す平面図である。図７および図８に示す固体撮像装置４０は、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０および第２の実施形態に係る固体撮像装置３０と比較して、半導体基板１４の下面側に凹凸が形成されておらず、保護膜４１の形成領域が異なっている。以下、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と異なる部分について説明し、第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と同一部分については同一符号を付してその説明を省略する。

図７および図８に示すように、この固体撮像装置４０において、センサ部４２の保護膜４１は、実質的に配線形成領域Ｒのみを覆うように形成されている。すなわち、保護膜４１は、この膜４１の端面が、配線形成領域Ｒから所定量だけ外側に配置されるように形成されている。ここで所定量とは、保護膜４１が配線を適切に保護するために最低限必要な量であり、本実施形態においては、例えばＬ５＝１５μｍ程度である。

以上に説明した本実施形態に係る固体撮像装置４０によれば、固体撮像装置４０の側面にかかるダメージが保護膜４１に到達することを抑制することができるため、ダメージによって保護膜４１が剥がれることを抑制することができる。

以上に、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、上記各実施形態においては、半導体装置の一例として固体撮像装置１０、３０、３０´、４０を例に挙げて説明したが、本発明を、他の半導体装置についても同様に適用することができる。

１０、３０、３０´、４０・・・固体撮像装置
１１、３１、４２・・・センサ部
１２・・・接着層
１３・・・透明基板
１４、１４´・・・半導体基板
１５・・・画素部
１５ａ・・・受光部
１５ｂ・・・マイクロレンズ
１６・・・配線層
１７・・・内部配線
１８・・・層間絶縁膜
１９・・・内部電極
２０、２３、３２・・・絶縁膜
２１・・・配線
２２・・・貫通電極
２４・・・外部電極
２５ａ、２５ｂ・・・ダミー配線
２６、３４、４１・・・保護膜
３３、３３´・・・溝

Claims (6)

1. 半導体基板の第１の面側に、前記第１の面に接触するように設けられた絶縁膜と、
   前記絶縁膜に接触するように設けられた配線と、
   前記半導体基板の前記第１の面側に設けられた凹凸部と、
   前記半導体基板の前記第１の面側に、前記配線および前記凹凸部に接触するとともに、前記絶縁膜に接触するように設けられた保護膜と、
   を具備することを特徴とする半導体装置。
2. 前記凹凸部の凸部は、前記絶縁膜に接触するように形成されたダミー配線によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記ダミー配線は、前記半導体基板の前記第１の面の周に沿ってリング状に形成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記凹凸部の凹部は、前記絶縁膜に形成される溝によって構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記凹部は、前記半導体基板の前記第１の面の周に沿ってリング状に形成されることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
6. 半導体基板の第１の面側に、前記第１の面に接触するように設けられた絶縁膜と、
   前記絶縁膜に接触するように設けられた複数の配線と、
   前記半導体基板の第１の面側において、前記複数の配線のいくつかの辺上の線を結ぶことにより形成される外周によって、全ての前記配線を内部に含むように閉じられる一領域である配線形成領域のみを覆うように設けられた保護膜と、
   を具備することを特徴とする半導体装置。

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