JP2009295917A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】特別な装置を必要とせず、簡単な方法で樹脂層の剥離を防止することが可能な固体撮像装置を提供する。
【解決手段】半導体基板１上に、複数の光電変換素子２を有する受光領域１０１と、周辺回路領域１０２とを有し、受光領域１０１及び周辺回路領域１０２上に第２の樹脂層８を形成する。その際、第２の樹脂層８上に複数の凸部９が配置する。また、凸部９は第２の樹脂層８の周縁に沿って配置する。更に、凸部９は第２の樹脂層８の受光領域１０１を除く周辺回路領域１０２上に配置する。或いは、凸部９は第２の樹脂層８の受光領域１０１及び周辺回路領域１０２上に配置する。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタルカメラ等に用いられる固体撮像装置に関するものである。

特許文献１には、カメラに使用するＡＥセンサやＡＦセンサに用いられる固体撮像装置が記載されている。このような固体撮像装置においては、感度補正を目的として樹脂製のカラーフィルタを光電変換素子上に配置することがある。

特許文献２には、表面保護テープの貼り剥がしを工夫する方法が記載されている。特許文献２の方法は、ウエハの裏面研削工程の際に粘着面を有する表面保護テープをウエハ表面側の半導体素子面に貼り付ける。次に、表面保護テープをウエハ円周部に沿って切断するが、表面保護テープの一部をウエハの外側にはみ出し領域として残す。

次いで、剥離テープを表面保護テープ上に接着させた状態で剥離テープを上方に引き上げて、表面保護テープをウエハから剥離する。その際、はみ出し領域はウエハに接着されていないため、その部分から剥離が開始され、ウエハ全体に渡って軽い力で表面保護テープを剥離することが可能となる。
特開２００４−１０４０８４号公報 特開平９−１１５８６３号公報

特許文献２の方法では、表面保護テープを切断する際にはみ出し領域を残して切断する等の特別な加工装置を必要とする。また、剥離テープを表面保護テープに接着させる等の工程を必要とするため、製造工程が複雑になる課題があった。

また、特許文献２の方法では、特許文献１に記載の固体撮像装置にカラーフィルタなどの樹脂を設けた場合には、剥離テープによって樹脂層が剥離してしまう可能性があった。

本発明の目的は、特別な装置を必要とせず、簡単な方法で樹脂層の剥離を低減することが可能な固体撮像装置を提供することにある。

本発明の固体撮像装置は、半導体基板上に、複数の光電変換素子を有する受光領域と、周辺回路を有する周辺回路領域とを有し、前記受光領域及び前記周辺回路領域の上に配されたカラーフィルタと、前記受光領域及び前記周辺回路領域の上であって前記カラーフィルタの上に配された樹脂層とを有する固体撮像装置において、前記樹脂層の端部に沿って、前記周辺回路領域の上に配された前記樹脂層の表面上に複数の凸部が配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、樹脂層の剥離を低減することが可能な固体撮像装置を提供することができる。

次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明に係る固体撮像装置の第１の実施形態を示す図である。図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図中１はシリコン基板等の半導体基板である。半導体基板１上に光電変換素子２を含む受光領域１０１、周辺回路領域１０２及び外部電極であるＡｌパッド１０を有するＡｌパッド領域１０３が形成されている。Ａｌパッド１０は、図１（ａ）に示すように半導体基板１の外周部に複数配置されている。

受光領域１０１には、複数の光電変換素子２がマトリクス状に配置されている。各光電変換素子２内には、光電変換素子からの信号を読み出すための回路等も含まれている（不図示）。光電変換素子２には、例えば、フォトダイオードが用いられるが、これに限定されるものではない。

周辺回路領域１０２の周辺回路には、例えば、光電変換素子２に蓄積された信号を出力する回路や出力するための制御回路が含まれる。ＣＣＤを用いた場合には、光電変換素子に蓄積された電荷を転送する回路や電荷を電圧に変換する回路、ＣＭＯＳを用いた場合には固体撮像装置の外部へ出力する回路や走査回路である。周辺回路領域１０２には、電源回路や駆動のための信号を発生、入力する回路等その他の回路を含んでも構わない。

半導体基板１上に光電変換素子２が形成され、その上に層間絶縁膜３、２つの配線４が順次形成されている。配線４上に保護層５が形成されている。更に、保護層５上に固体撮像装置全面に平坦化のための第１の樹脂層６が配置され、その上部の光電変換素子２上に樹脂製のカラーフィルタ層７が配置されている。カラーフィルタ層７の上部には第２の樹脂層８が配置されている。

ここで、第２の樹脂層８の表面上には図１（ａ）から分かるように第２の樹脂層８の周縁に沿って複数の凸部９が配置されている。凸部９を有する構成によって、表面保護テープの剥離が容易となり、樹脂層の剥離を低減することが可能となる。ここで、周縁とは、第２の樹脂層８の表面であって、第２の樹脂層８の端部（端面）に沿った部分である。

（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態を示す。図２（ａ）は固体撮像装置の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図２では図１と同一部分には同一符号を付している。本実施形態では、受光領域１０１を除く複数の周辺回路領域１０２全域に複数の凸部９が配置されている。その他の構成は図１と同様である。

（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態を示す。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。図３では図１と同一部分には同一符号を付している。本実施形態では、光電変換素子２を含む受光領域１０１の上部において凸部９は１つの光電変換素子２あたりに少なくとも２つ以上配置されている。

その際、受光領域１０１上において１つの光電変換素子２に対する凸部９の数は、受光領域１０１全域で同数とするのが望ましい。これは、後述するように表面保護テープを剥がす際に光電変換素子２への光学的影響がどの素子に対しても均一になるようにするためである。周辺回路領域１０２全域にも複数の凸部９を配置するのは図２の実施形態と同様である。その他の構成は図１の実施形態と同様である。

次に、本発明に係る固体撮像装置の製造方法を図４を用いて詳細に説明する。ここでは、図２の固体撮像装置を作製する場合の例を説明する。まず、図４（ａ）に示すように半導体基板１上に受光領域１０１及び周辺回路領域１０２を周知の半導体プロセスを用いて形成する。

この半導体プロセスは周知であるので詳しい説明は省略するが、受光領域１０１においては半導体基板１上に複数の光電変換素子２をマトリクス状に形成する。また、受光領域１０１と周辺回路領域１０２において半導体基板１上に層間絶縁膜３、２つの配線４、保護膜５を順次形成する。

次いで、図４（ａ）に示すように固体撮像装置の上面を平坦化するため、保護層５上に第１の樹脂層６を形成する。第１の樹脂層６には、例えば、フォトレジストのような樹脂をスピンコート法で塗布する。

続いて、図４（ｂ）に示すように第１の樹脂層６上にカラーフィルタ層７を形成する。その際、フォトプロセスを用いて光電変換素子２を有する受光領域１０１の上部のみにカラーフィルタ層７が残るように配置する。

次に、図４（ｃ）に示すようにカラーフィルタ層７を保護するための第２の樹脂層８を、例えば、スピンコート法を用いて固体撮像装置全面に形成する。図４（ｃ）に示すように周辺回路領域１０２の表面は平坦になる。

以上のプロセスは、半導体基板（シリコンウェーハ等）上に複数の固体撮像装置を配置した状態で形成する。

続いて、図４（ｄ）に示すように第２の樹脂層８の表面上に凸部９を形成する。図４（ｄ）では第２の樹脂層８の周辺回路領域１０２上に複数の凸部９を配置している。この表面に凸部９を形成する技術としては、例えば、カラーフィルタ層７上に集光目的で形成するマイクロレンズの形成技術を使用する。まず、フォトレジスト材料を塗布した後、露光、現像を行い、受光領域１０１を除くチップ全体に凸部９を形成する。

図３に示す固体撮像装置のように受光領域１０１上に凸部９を形成する場合には、光電変換素子１個に対し、カラーフィルタ層７を挟んで凸部９を２つ以上配置する。また、半導体基板１内でどの光電変換素子に対しても凸部９が同数になるように配置する。図４（ｄ）の段階では凸部９は略矩形である。なお、図４（ｄ）の凸部９は、形状が分かりやすいように個数を少なくして描写している。

次に、図４（ｅ）に示すように熱処理を施し、断面が矩形の凸部９をリフローさせることにより少なくとも凸部９の頂部を半球形状にする。以上の処理により、半球状の凸部９が第２の樹脂層８上、即ち、固体撮像装置の表面に形成される。その後、図２に示すようにＡｌパッド１０を覆っている第２の樹脂層８をドライエッチングにて除去し、電極であるＡｌパッド１０を露出させる。

続いて、半導体基板１の裏面研磨の工程、ダイシングの工程、パッケージに実装する工程について説明する。まず、ウェーハの裏面を研摩するために図５（ａ）に示すように表面保護テープ１１を貼り付け、裏面研削を行う。裏面研削終了後、表面保護テープ１１を剥がす。

その際、第２の樹脂層８の周辺回路領域１０２上に複数の凸部９を配置しているため、図５（ｂ）に示すように表面保護テープ１１を剥がす時に第１、第２の樹脂層６、８並びにカラーフィルタ層７が剥がれにくくなる。即ち、凸部９は表面保護テープ１１と第２の樹脂層８との接着力を弱めるためである。

比較のため、図６に、第２の樹脂層８上に凸部を形成せずに表面保護テープ１１を貼り付けた場合の例を示す。本願発明者の実験によれば、裏面研削工程を行った後、表面保護テープ１１を剥がすと、図７に示すように表面保護テープ１１の粘着力によりカラーフィルタ層７が第１の樹脂層６ごと剥がれるチップがあった。これは、平坦な第２の樹脂層８の表面が表面保護テープ１１と面全体で接着してしまうため、表面保護テープ１１と第２の樹脂層８との単位面積あたりの粘着力が、第１の樹脂層６と固体撮像装置の表面との接着力よりも強いためである。

以上のように本実施形態では、第２の樹脂層８の表面に複数の凸部９を配置しているため、表面保護テープ１１と第２の樹脂層８はその樹脂層上の凸部９の頂部とその近傍のみで接着する。そのため、単位面積あたりの表面保護テープ１１の粘着力をより弱くすることが可能となる。よって、図７に示すような剥がれを生じ難くすることが可能となる。

また、凸部９の形状は表面保護テープ１１と第２の樹脂層８の表面の実効的な接着領域が減じるようになっていれば、特に限定されるものではない。より好ましくは、その頂部が半球や錐体になっていると、表面保護テープ１１を剥離する際に凸部９毎に剥離するようなことも発生しにくくなる。

更に、凸部９の形状は、例えば、マイクロレンズと同程度であれば十分であって、高さ０．２〜３μｍ、凸部９の大きさ（径）は２〜１０μｍ、凸部間の隙間は０〜１μｍが好ましい。

また、凸部は少なくとも固体撮像装置の上面、特に、Ａｌパッドやスクライブラインのような樹脂層の覆われていない領域を囲むように配置することが好ましい。これにより、表面保護テープを引き剥がす際に端面の露出した第１の樹脂層が固体撮像装置の上面の接着界面から引き剥がされることを防ぐことができる。スクライブラインとはチップ１個１個に切断するダイシング時の切断線である。

更に、固体撮像装置をイメージセンサとして用いる場合に比べてＡＥセンサやＡＦセンサで用いる場合には光電変換素子の面積が大きくなる場合が多い。従って、ＡＥセンサやＡＦセンサで用いる場合には、受光領域１０１において表面保護テープ１１と第２の樹脂層８が密着してしまう可能性が高くなる。従って、受光領域１０１上にも凸部９を配置することが好ましく、１つの光電変換素子に対して凸部９を複数配置すると好ましい。

即ち、受光領域１０１上では凸部９を少なくとも２つ以上配置し、各光電変換素子に対して凸部の数が同数になるように配置する。こうすることで、凸部が存在することによる光電変換素子への光学的影響がどの素子に対しても均一になるため、固体撮像装置全体として光学的に凸部の存在は無視できる。

また、樹脂層の剥がれの発生は固体撮像装置表面の樹脂層の材質や表面パターン形状にも大きく依存するが、本実施形態では固体撮像装置の表面パターン等に応じて生産装置の改造、調整を行う必要がない。

なお、以上の実施形態では、半導体基板上に第１の樹脂層６、カラーフィルタ層７、第２の樹脂層８等を積層した構造を示したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、カラーフィルタ層と１層の樹脂層のみであってもよく、少なくとも樹脂層が１層あれば本発明は適用できる。

本発明に係る固体撮像装置の第１の実施形態を示す図である。 本発明の第２の実施形態を示す図である。 本発明の第３の実施形態を示す図である。 本発明に係る固体撮像装置の製造方法を説明する断面図である。 表面保護テープ貼り付け後の状態や裏面研削後の表面保護テープを剥がす時の状態を説明する断面図である。 凸部を未形成の場合の表面保護テープの貼り付け後の状態を示す断面図である。 凸部を未形成の場合の表面保護テープを剥がす時の状態を示す断面である。

符号の説明

１ 基板
２ 光電変換素子
３ 層間絶縁膜
４ 配線
５ パッシベーション膜
６ 第１の樹脂層
７ カラーフィルタ層
８ 第２の樹脂層
９ 凸部
１０ Ａｌパッド
１１ 表面保護テープ
１０１ 受光領域
１０２ 周辺回路領域
１０３ Ａｌパッド領域

Claims (6)

1. 半導体基板上に、複数の光電変換素子を有する受光領域と、周辺回路を有する周辺回路領域とを有し、前記受光領域及び前記周辺回路領域の上に配されたカラーフィルタと、前記受光領域及び前記周辺回路領域の上であって前記カラーフィルタの上に配された樹脂層とを有する固体撮像装置において、前記樹脂層の端部に沿って、前記周辺回路領域の上に配された前記樹脂層の表面上に複数の凸部が配置されていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記凸部は、前記受光領域の上に配された前記樹脂層には配置されていないことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記凸部は、前記受光領域を除く前記周辺回路領域に配された前記樹脂層に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記凸部は、前記樹脂層の前記受光領域及び前記周辺回路領域の上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
5. 前記凸部は、前記受光領域の上で１つの光電変換素子に対して少なくとも２つ以上配置され、前記１つの光電変換素子に対する前記凸部の数が同数であることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 前記凸部は、頂部が半球状であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。

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