JP2021158320A - 半導体装置及びその製造方法、機器 - Google Patents
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Abstract
Description
られるワイヤーボンディングによる電力供給構造を採用する。ワイヤーボンディング用の電極(パッド)はTSVに比べてかなり大きいため、ワイヤーボンディングの場合は配線構造体に形成すべき開口の面積が大きくなる。それゆえ、TSV用の構造や製造方法をそのまま転用することが難しい。
た後に、電極への過剰エッチングによる配線へのダメージや金属汚染が課題となる。そこで本実施形態では、浅い開口を形成する領域には、エッチング開始面と金属電極の途中にエッチングストッパ膜を設けることで、浅い開口の部分のエッチングの進行を深い開口の部分に比べて遅らせる。これによりエッチングする層の厚さの差を緩和させることが可能となり、電極への過剰エッチングを低減することができる。
以下、図面を参照して、本実施形態の半導体装置の構造及び製造方法の具体例を説明する。なお、以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。
図1は、半導体装置1の要部の断面図であり、深さの異なる2つ以上のワイヤーボンディング用開口構造を模式的に示している。図1において、100は第1チップ、110は第1半導体層、120は第1配線構造部、121、122、123は絶縁体層、200は第2チップ、210は第2半導体層、220は第2配線構造部、221、222、223は絶縁体層である。301は第1電極、302は第2電極、401は多結晶シリコンエッチングストッパ膜、501は第1開口、502は第2開口である。
電体による配線パターンが形成されている。また、ワイヤーボンディング用のパッドとなる第1電極301と、多結晶シリコンエッチングストッパ膜401が第1配線構造部120内に形成されている。第1電極301は絶縁体層(第1絶縁体層)121に支持されている。第1電極301は、第1半導体層110に形成された半導体素子に供給する電圧が印加される電極である。
る。
oe≦Dooを満たしてもよい。
次に、半導体装置1の製造方法、特に、ワイヤーボンディング用開口の形成方法について説明する。本実施形態では、第1チップ10と第2チップ20を貼り合わせた積層体に対して、第1半導体層110の表面側から共通のフォトレジストを用いて開口エッチング
を行い、浅い第1開口501と深い第2開口502を同時に形成する。
図3は工程Aを経た状態を示している。工程Aでは、まず第1半導体層110の上に第1配線構造部120を形成することで、第1チップ(第1半導体基板)100を形成する。本例の第1半導体層110はシリコン基板を用いている。図3には記載していないが、第1半導体層110には複数の半導体素子が形成されている。第1配線構造部120には、層間絶縁層や配線間絶縁層として、絶縁体層121,122,123が設けられている。この絶縁体層は2層以上であれば何層積み重ねてもよい。絶縁体層121,123は例えば酸化シリコン、絶縁体層122は例えば窒化シリコンや炭化シリコンからなる絶縁体である。図3には記載していないが、第1配線構造部120には導電体による配線パターンが形成されている。また、ワイヤーボンディング用のパッドとなる第1電極301、多結晶シリコンエッチングストッパ膜401(以下では「エッチングストッパ膜401」又は「多結晶シリコン膜401」とも記す)が第1配線構造部120内に形成されている。第1電極301は例えばアルミニウムやアルミニウム合金からなる電極である。エッチングストッパ膜401は、第1半導体層110と第1電極301の間であって、かつ、第1開口501を形成する領域(第1開口501のエッチングで除去される部分よりやや広い領域)にのみ形成されている。言い換えると、エッチングストッパ膜401は、第2開口502を形成する領域には形成されていない。第1チップ100が、エッチングストッパ膜401と同じ材料からなる他の部材を含む場合には、エッチングストッパ膜401は、同じ材料からなる他の部材と同じ工程で同時に形成してもよい。例えば、MOS型トランジスタのゲート電極を多結晶シリコンにより形成するのであれば、エッチングストッパ膜401とゲート電極を同じプロセスで形成してもよい。この場合に、エッチングストッパ膜401と同じ材料からなる他の部材は、第2開口502を形成する領域を避けた位置に配置される。第2開口502のエッチングを阻害しないようにするためである。
図4は工程B1を経た状態を示している。工程B1では、第1開口501及び第2開口502のドライエッチングを進め第1半導体層110を開口し、第1配線構造部120まで到達させる。このドライエッチング工程について、以下に詳細に説明する。
第1半導体層110: Si+SF6 → SiF↑
図5は工程B2を経た状態を示している。工程B2では、第1開口501及び第2開口502のドライエッチングをさらに進める。この際、多結晶シリコン膜401はエッチングストッパとして機能する。このドライエッチング工程について、以下に詳細に説明する。
配線構造部120,220: SiO+CxFy → SiF↑+CO↑
配線構造部120,220: SiN+CxFy → SiF↑+CN↑
図6は工程B3を経た状態を示している。工程B3では、第1開口501のドライエッチングを進め、多結晶シリコン膜401の開口を行う。この際、第2開口502のエッチングは進まない。このドライエッチング工程について、以下に詳細に説明する。
多結晶シリコン膜401: Si+SF6 → SiF↑
図7は工程B4を経た状態を示している。工程B4では、第1開口501及び第2開口502のドライエッチングを進め、第1電極301及び第2電極302まで到達させる。このドライエッチング工程について、以下に詳細に説明する。
配線構造部120,220: SiO+CxFy → SiF↑+CO↑
配線構造部120,220: SiN+CxFy → SiF↑+CN↑
図8は工程Cを経た状態を示している。工程Cでは、第1開口501の底に露出した第1パッド311上に第1ワイヤー601がボンディングされるとともに、第2開口502の底に露出した第2パッド312上に第2ワイヤー602がボンディングされる。第1ワイヤー601、第2ワイヤー602は、例えば金又は金合金のワイヤーである。
本実施形態では、本発明の実施形態に係る半導体装置を光電変換装置に適用した場合の具体例を説明する。
れることにより構成される。ここで、センサチップ11が図1の第1チップ10に対応し、回路チップ21が図1の第2チップ20に対応する。
に設けられている回路にも供給される。フォトダイオード201のアノードとカソードには、フォトダイオード201がアバランシェダイオードとなるような逆バイアスの電圧が供給される。このような電圧を供給した状態とすることで、入射光によって生じた電荷がアバランシェ増倍を起こし、アバランシェ電流が発生する。逆バイアスの電圧が供給される場合において、アノードおよびカソードの電位差が降伏電圧より大きいときには、アバランシェダイオードはガイガーモード動作となる。例えば、電圧VL(第1電圧)は、−30V、電圧VH(第2電圧)は、1.1Vである。
したスイッチである。
第1、2実施形態の半導体装置と、半導体装置に接続された周辺装置とを備える機器について説明する。第1、2実施形態の半導体装置を適用できる機器は、カメラや情報端末などの電子機器、複写機やスキャナーなどの事務機器、内視鏡やCTなどの医療機器でありうる。また、第1、2実施形態の半導体装置を適用できる機器は、ロボットや半導体製造装置などの産業機器、電子顕微鏡などの分析機器、車両や船舶、航空機などの輸送機器でありうる。半導体装置が光電変換装置である場合、これらの機器に光電変換装置を搭載することで、光電変換システム1200を実現可能である。図11は、本実施形態に係る光電変換システム1200の構成を示す領域図である。本実施形態の光電変換システム1200は、光電変換装置1204を含む。光電変換装置1204は、上述の実施形態で述べた光電変換装置のいずれかを適用することができる。光電変換システム1200は例えば、撮像システムとして用いることができる。撮像システムの具体例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダー、監視カメラ等が挙げられる。図11では、光電変換システム1200としてデジタルスチルカメラの例を示している。
本実施形態の光電変換システム及び移動体について、図12および図13を用いて説明する。図12は、本実施形態による光電変換システム及び移動体の構成例を示す概略図である。図13は、本実施形態による光電変換システムの動作を示すフロー図である。本実施形態では、光電変換システムとして、車載カメラの一例を示す。
1320等の動作を統括・制御する。主制御部1313を持たず、光電変換システム1301、車両センサ1310、制御ユニット1320が個別に通信インターフェースを有して、それぞれが通信ネットワークを介して制御信号の送受を行う(例えばCAN規格)方法も取り得る。
信号を出力する。なお、ステップS1420とステップS1430とは逆でもよい。
10:第1チップ(第1部品)
20:第2チップ(第2部品)
110:第1半導体層
120:第1配線構造部
210:第2半導体層
220:第2配線構造部
301:第1電極
302:第2電極
401:エッチングストッパ膜
501:第1開口
502:第2開口
Claims (20)
- 第1半導体層と、
前記第1半導体層に積層された第2半導体層と、
前記第1半導体層と前記第2半導体層の間に設けられた構造体と、
を備える半導体装置であって、
前記構造体に含まれる第1絶縁体層に支持された第1電極と、
前記構造体に含まれる第2絶縁体層に支持された第2電極と、
少なくとも前記第1半導体層に設けられた第1開口を通って、前記第1電極にボンディングされた第1ワイヤーと、
少なくとも前記第1半導体層に設けられた第2開口を通って、前記第2電極にボンディングされた第2ワイヤーと、
を備え、
前記第2半導体層から前記第1電極と前記第1ワイヤーとの第1接合部までの距離は、前記第2半導体層から前記第2電極と前記第2ワイヤーとの第2接合部までの距離よりも大きいことを特徴とする半導体装置。 - 前記第1開口の深さに比べて前記第1開口の幅が大きく、
前記第2開口の深さに比べて前記第2開口の幅が大きい
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第1電極および前記第2電極はアルミニウムを含み、
前記第1ワイヤーおよび前記第2ワイヤーは金を含む
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 - 前記第1半導体層と前記第1電極の間において、前記第1ワイヤーを囲み、前記第1開口の側面を構成し、非絶縁性の材料からなる環状部材を有する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。 - 前記第1半導体層と前記第2半導体層との間に設けられた、前記環状部材と同じ材料からなる部材は、前記第2開口の側面を構成しない
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 - 前記材料は、多結晶シリコンである
ことを特徴とする請求項4又は5に記載の半導体装置。 - 前記第1電極には、前記第1半導体層に供給する電圧が印加され、
前記第2電極には、前記第2半導体層に供給する電圧が印加される
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記半導体装置は、前記第1半導体層と第1配線構造部を有する第1部品と、前記第2半導体層と第2配線構造部を有する第2部品とが、前記第1配線構造部と前記第2配線構造部を向かい合わせにして重ねられた構造を有し、
前記第1配線構造部と前記第2配線構造部によって前記構造体が形成されている
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。 - 前記第1電極は前記第1部品内に設けられ、
前記第2電極は前記第2部品内に設けられている
ことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 - 前記第1電極に印加される電圧と前記第2電極に印加される電圧が異なる
ことを特徴とする請求項7から9のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記第1半導体層にはフォトダイオードが形成されている
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記フォトダイオードは、アバランシェダイオードである
ことを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。 - 異なる深さに第1電極と第2電極が形成されている構造と、前記構造を間に挟んで設けられた第1半導体層及び第2半導体層と、を有する積層体を形成する工程と、
前記第1半導体層の表面から前記第1電極まで到達し、前記第1電極をワイヤーボンディング用のパッドとして露出させる第1開口と、前記第1半導体層の前記表面から前記第2電極まで到達し、前記第2電極をワイヤーボンディング用のパッドとして露出させる第2開口とを、エッチングにより形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第1開口は、深さに比べて幅が大きい形状となるように形成され、
前記第2開口は、深さに比べて幅が大きい形状となるように形成される
ことを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記積層体を形成する工程は、前記第1半導体層と前記第1電極の間にエッチングストッパ膜を形成する工程を含み、
前記第1開口及び前記第2開口をエッチングにより形成する工程では、前記エッチングストッパ膜によって前記第1開口の部分のエッチングの進行を遅らせることによって、前記第1開口の深さを前記第2開口よりも浅くする
ことを特徴とする請求項13から14のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記エッチングストッパ膜の材料は、多結晶シリコンである
ことを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1開口及び前記第2開口をエッチングにより形成する工程では、前記構造のエッチングガスとして、フルオロカーボン系ガスが用いられる
ことを特徴とする請求項13から16のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 請求項1から12のいずれか1項に記載の半導体装置と、
前記半導体装置に接続された周辺装置と、を有する
ことを特徴とする機器。 - 前記半導体装置から出力された信号に基づき、測距および撮像を行う
ことを特徴とする請求項18に記載の機器。 - 前記半導体装置から得られた情報に基づいて機械を制御する制御手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項18または19に記載の機器。
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