(57)【要約】【課題】従来の半導体装置では、接着用樹脂と絶縁層との界面が剥離し、その剥離に起因して接着用樹脂へクラックが発生するという問題があった。【解決手段】本発明の半導体装置では、３層目の配線層３１には、フォトダイオード７の形成領域よりも広い領域に渡り開口領域３２が形成される。３層目の配線層３１上を被覆する第４の絶縁層３３及びパッシベーション膜３５にも、第３の絶縁層３０及び配線層３１に対応する段差が形成される。この構造により、シリコーン樹脂３７の膜厚の厚い領域は、開口領域３２の形成領域と同様に広く形成され、熱応力がシリコーン樹脂３７の一部に集中することを緩和する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体層と、前記半導体層に形成された領域と、前記半導体層上に形成された絶縁層及び配線層と、前記配線層上に形成されたパッシベーション膜と、前記パッシベーション膜上に形成された接着用樹脂と、前記接着用樹脂を介して前記半導体層上に貼り合わされた支持基板とを有し、
前記配線層は多層構造であり、最上層に配置された前記配線層には、前記領域よりも広い開口領域が形成され、
前記接着用樹脂には、その膜厚がその他の領域よりも厚くなる樹脂溜まり領域が、前記領域上に形成され、前記樹脂溜まり領域は、前記領域よりも広い領域に渡り形成されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体層には前記領域を区画する分離領域が形成され、
前記最上層の配線層の開口領域は、前記分離領域よりも広い領域を開口することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記最上層の配線層には前記開口領域と連続するスリットが形成され、前記スリットは、前記最上層の配線層の外形端部まで延在することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記最上層の配線層の開口領域は、そのコーナー部が鈍角面または曲面に加工されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記領域は、半導体素子が形成される領域であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体素子はフォトダイオードであり、前記支持基板はガラス板であることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体層に領域を形成し、前記半導体層上に絶縁層及び多層構造の配線層を形成する工程と、
前記領域上に位置し、最上層に配置された前記配線層に開口領域を形成した後、前記最上層の配線層を被覆するようにパッシベーション膜を形成し、前記領域上の前記パッシベーション膜に開口領域を形成する工程と、
前記パッシベーション膜上に接着用樹脂を塗布した後、前記半導体層上に支持基板を貼り合わせ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。
【請求項８】
前記最上層の配線層にスリットを形成する工程では、前記配線層の開口領域と連続するように、前記配線層を完全に貫通し前記スリットを形成するか、または、前記配線層表面側から前記配線層の一部を除去し前記スリットを形成することを特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記半導体層上に前記支持基板を貼り合わせる工程では、前記支持基板により前記接着用樹脂を押圧した状態にて、回転塗布法により前記接着用樹脂を前記パッシベーション膜と前記支持基板間に充填させることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記領域は、半導体素子が形成される領域であることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記半導体素子はフォトダイオードであり、前記支持基板はガラス板であることを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接着用樹脂に発生する外観異常を防止する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の半導体装置及びその製造方法の一実施例として、下記の半導体パッケージ及びその製造方法が知られている。図７に示す如く、シリコンウエハ７１には光電換素子であるＣＣＤ素子が形成される。シリコンウエハ７１の表面には絶縁膜７２が形成され、絶縁膜７２上にはエポキシ樹脂７３が形成される。そして、エポキシ樹脂７３を介して、シリコンウエハ７１表面側にはカバーガラス板７４が貼り合わせられる。一方、シリコンウエハ７１の裏面側から開口領域７５が形成され、エポキシ樹脂７６を介してカバーガラス板７７が貼り合わせられる。そして、シリコンウエハ７１の表裏面側にカバーガラス板７４、７７を貼り合わせる際には、真空チャンバーを用いる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
従来の半導体装置の製造方法の一実施例として、下記の固体撮像装置の製造方法が知られている。シリコン等から成る基板にフォトダイオードを形成する。基板の所望の領域に選択酸化膜を形成する。そして、基板上には、酸化膜、転送ゲート、配線、第１保護層、遮光膜、第２保護層等を形成する。このとき、フォトダイオード上には転送ゲート、配線、遮光膜等が配置されず、フォトダイオード上の第１保護層には段差が形成される。そのため、第２保護層の表面を化学的機械的研磨法（ＣＭＰ法）により平坦処理する。そして、平坦化された第２保護層上にマイクロレンズを載置し、固体撮像装置が完成する（例えば、特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開２００４−２００２７４号公報（第３−４頁、第１−２、５図）
【特許文献２】特開２００２−１４１４８８号公報（第３−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の半導体装置では、上述したように、シリコンウエハ７１とカバーガラス板７４、７７とを貼り合わせるためにエポキシ樹脂７３、７６が用いられる。そして、絶縁膜７２上にはパッド電極７８、７９が形成され、丸印８０〜８３で示す領域には、段差が形成される。同様に、シリコンウエハ７１の裏面側から開口領域７５が形成され、丸印８４、８５で示す領域にも段差が形成される。この構造により、シリコンウエハ７１の表裏面では、エポキシ樹脂７３、７６の膜厚にばらつきが発生する。一方、シリコンウエハ７１、エポキシ樹脂７３、７６及びカバーガラス板７４、７７では、それぞれ線膨張係数が異なるため、熱環境に応じて上記３者間に熱応力が発生する。その結果、上記３者間で最も膜厚が薄くなるエポキシ樹脂７３、７６が上記熱応力の影響を受け易い。そして、丸印８０〜８３で示す段差領域では、低温時の収縮方向の熱応力により、エポキシ樹脂７３と絶縁膜７２との界面から剥離が発生し易い。更に、エポキシ樹脂７３には、上記剥離が発生することで、剥離に伴うクラックが発生する。上記剥離及びクラックは外観異常となり、製品品質が低下する。尚、エポキシ樹脂７６とシリコンウエハ７１との界面においても、丸印８４、８５で示す領域にて同様な問題が発生する。
【０００５】
更に、図示していないが、絶縁膜７２内に多層の配線層が形成される構造もある。この構造の場合には、上記配線層のパターンに応じて、絶縁膜７２の表面に段差が形成される。そして、シリコンウエハ７１の表面側では、パッド電極７８、７９の表面と上記段差を有する窪み領域の底面との段差幅が大きくなる。特に、ＣＣＤ素子の形成領域上には、遮光性の配線層が配置されず、絶縁膜７２の段差幅が大きく成り易い。その結果、上記段差幅が大きい領域では、エポキシ樹脂７３が深く溜まるため、上記剥離を伴うクラックが起こり易い。
【０００６】
また、従来の半導体装置の製造方法では、上述したように、真空チャンバーを用いてシリコンウエハ７１とカバーガラス板７４、７７とを貼り合わせることで、エポキシ樹脂７３、７６内の微小気泡を除去する。しかしながら、真空チャンバーを用いることで、製造コストが増大する。
【０００７】
また、従来の半導体装置の製造方法では、上述したように、フォトダイオード上にマイクロレンズを載置するために、第２保護層表面をＣＭＰ法により平坦処理する。そのため、ＣＭＰ法を用いることで、製造コストが増大する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した各事情に鑑みて成されたものであり、本発明の半導体装置では、半導体層と、前記半導体層に形成された領域と、前記半導体層上に形成された絶縁層及び配線層と、前記配線層上に形成されたパッシベーション膜と、前記パッシベーション膜上に形成された接着用樹脂と、前記接着用樹脂を介して前記半導体層上に貼り合わされた支持基板とを有し、前記配線層は多層構造であり、最上層に配置された前記配線層には、前記領域よりも広い開口領域が形成され、前記接着用樹脂には、その膜厚がその他の領域よりも厚くなる樹脂溜まり領域が、前記領域上に形成され、前記樹脂溜まり領域は、前記領域よりも広い領域に渡り形成されることを特徴とする。従って、本発明では、領域上の樹脂溜まり領域が広く形成されることで、接着用樹脂への熱応力が緩和され、接着用樹脂の外観不良が防止される。
【０００９】
また、本発明の半導体装置の製造方法では、半導体層に領域を形成し、前記半導体層上に絶縁層及び多層構造の配線層を形成する工程と、前記領域上に位置し、最上層に配置された前記配線層に開口領域を形成した後、前記最上層の配線層を被覆するようにパッシベーション膜を形成し、前記領域上の前記パッシベーション膜に開口領域を形成する工程と、前記パッシベーション膜上に接着用樹脂を塗布した後、前記半導体層上に支持基板を貼り合わせる工程とを有することを特徴とする。従って、本発明では、ＣＭＰ法を用いることなく、領域上に熱応力を緩和するための樹脂溜まり領域を形成し、製造コストを抑えることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、フォトダイオードの形成領域上の絶縁層に、その形成領域よりも広い樹脂溜まり領域が形成される。この構造により、接着用樹脂が広い領域に渡り溜まることで、接着用樹脂への熱応力の集中が緩和され、接着用樹脂の外観異常が解消される。
【００１１】
また、本発明では、最上層の配線層にフォトダイオードの形成領域上の開口領域と連続するスリットが形成される。この構造により、上記樹脂溜まり領域が、フォトダイオードの形成領域上外部へも延在され、接着用樹脂の外観異常が解消される。
【００１２】
また、本発明では、最上層の配線層の下層に位置する配線層が、遮光膜として用いられる。この構造により、最上層の配線層に広い開口領域が形成され、接着用樹脂の外観異常が解消される。
【００１３】
また、本発明では、ＣＭＰ法を用いることなく、最上層の配線層に開口部やスリット等を形成し、フォトダイオード形成領域上に樹脂溜まり領域を形成する。この製造方法により、接着用樹脂の外観異常を解消しつつ、製造コストを抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の第１の実施の形態である半導体装置について、図１〜図４を参照し、詳細に説明する。図１は、本実施の形態の半導体装置を説明するための断面図である。図２は、本実施の形態の半導体装置と比較する従来の構造を説明するための断面図である。図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、本実施の形態の半導体装置を説明するための平面図である。図４（Ａ）〜図４（Ｄ）は、本実施の形態の半導体装置を説明するための平面図である。
【００１５】
図１に示す如く、Ｐ型の単結晶シリコン基板１上には、Ｎ型のエピタキシャル層２が形成される。エピタキシャル層２は、Ｐ型の分離領域３〜５により複数の島領域に区分される。そして、島領域の１つには、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ６が形成され、別の島領域には、フォトダイオード７が形成される。
【００１６】
先ず、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ６の形成領域では、ゲート電極９が、ゲート酸化膜としてのシリコン酸化膜８上面に形成される。ゲート電極９は、例えば、ポリシリコン膜により所望の膜厚となるように形成される。
【００１７】
ＬＯＣＯＳ（Ｌｏｃａｌ  Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ）酸化膜１０〜１３が、エピタキシャル層２に形成される。ＬＯＣＯＳ酸化膜１０〜１３の平坦部では、その膜厚が、例えば、３０００〜５０００Å程度となる。
【００１８】
第１の絶縁層１４が、エピタキシャル層２上面に形成される。第１の絶縁層１４は、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ  Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ  Ｇｌａｓｓ）膜等により、形成される。そして、シリコン酸化膜８及び第１の絶縁層１４にコンタクトホール１５〜１７が形成される。
【００１９】
コンタクトホール１５〜１７には、ドレイン電極１８、１９及びソース電極２０が形成される。ドレイン電極１８、１９及びソース電極２０は、１層目の配線層（図示せず）との共用工程により形成される。尚、図１に示した断面では、ゲート電極９への配線層は図示していないが、その他の領域で配線層と接続する。
【００２０】
次に、フォトダイオード７は、主に、基板１と、エピタキシャル層２と、Ｎ型の拡散層２１と、反射防止膜２２とから構成される。
【００２１】
Ｎ型の拡散層２１は、エピタキシャル層２の表面側に形成される。そして、Ｎ型のエピタキシャル層２及びＮ型の拡散層２１は、カソード領域として用いられる。一方、Ｐ型の基板１は、Ｐ型の分離領域４、５と連続し、アノード領域として用いられる。
【００２２】
反射防止膜２２が、エピタキシャル層２上に形成される。開口領域２３が、Ｎ型の拡散層２１上のシリコン酸化膜８に形成され、反射防止膜２２は、その開口領域２３を介してＮ型の拡散層２１上を被覆する。そして、反射防止膜２２は、例えば、シリコン窒化膜により形成される。
【００２３】
尚、本実施の形態では、シリコン酸化膜８に開口領域２３が形成される場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、シリコン酸化膜８が、Ｎ型の拡散層２１上面を被覆する場合でもよい。この場合には、反射防止膜２２の膜厚により、Ｎ型の拡散層２１へと光の入射領域を調整することができる。
【００２４】
コンタクトホール２４には、Ｎ型の拡散層２１と接続するカソード電極２５が形成される。尚、図示はしていないが、分離領域４、５表面にはアノード電極が形成され、分離領域４、５はアノード引き出し領域としての役割も果たす。
【００２５】
次に、エピタキシャル層２上に積層される絶縁層について説明する。エピタキシャル層２上には、シリコン酸化膜８、反射防止膜２２及び第１の絶縁層１４が、順次、堆積される。第１の絶縁層１４は、例えば、ＮＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜等の少なくとも１層が選択されて形成される。
【００２６】
上述したように、ＭＯＳトランジスタ６の形成領域では、シリコン酸化膜８上にゲート電極９が形成される。また、第１の絶縁層１４等を貫通して、１層目の配線層（図示せず）の形成工程により、ドレイン電極１８、１９、ソース電極２０及びカソード電極２５が形成される。
【００２７】
第１の絶縁層１４上には、第２の絶縁層２６が形成される。第２の絶縁層２６は、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｈｙｌ−Ｏｒｓｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）膜等により、形成される。
【００２８】
２層目の配線層２７〜２９が、第２の絶縁層２６上に形成される。そして、２層目の配線層２８、２９が、分離領域４、５により区画されるフォトダイオード７の形成領域側まで延在することで、フォトダイオード７に隣接する素子形成領域への遮光性が保たれる。尚、図示していないが、２層目の配線層２７〜２９は、第２の絶縁層２６に形成されたコンタクトホール（図示せず）を介して１層目の配線層（図示せず）や上記電極等と接続する。
【００２９】
第２の絶縁層２６上には、第３の絶縁層３０が形成される。第３の絶縁層３０は、ＴＥＯＳ膜、ＳＯＧ膜等により、形成される。
【００３０】
３層目の配線層３１が、第３の絶縁層３０上に形成され、最上層の配線層となる。配線層３１は、遮光膜としての機能も有し、フォトダイオード７の形成領域上には開口領域３２が形成される。詳細は、図３及び図４を用いて説明するが、開口領域３２は、フォトダイオード７の形成領域を区画する分離領域４、５よりも広い領域に渡り形成される。例えば、開口領域３２は、フォトダイオード７の形成領域と隣接するＭＯＳトランジスタ６の形成領域上まで開口することで、従来の開口幅Ｗ１よりも広い開口幅Ｗ２を有する。尚、図示していないが、３層目の配線層３１は、第３の絶縁層３０に形成されたコンタクトホール（図示せず）を介して２層目の配線層２７〜２９と接続する。
【００３１】
第３の絶縁層３０上には、第４の絶縁層３３が形成される。第４の絶縁層３３は、ＴＥＯＳ膜により、形成される。第４の絶縁層３３は、例えば、基板１上全面に堆積され、その膜厚は、５００Å程度となる。そして、第４の絶縁層３３は、３層目の配線層３１上面の平坦化を目的とする膜ではないため、第４の絶縁層３３表面には、配線層３１の形状に応じて段差が形成される。
【００３２】
第４の絶縁層３３上には、パッシベーション膜３５が形成される。パッシベーション膜３５は、シリコン窒化膜により、形成される。そして、パッシベーション膜３５は、耐湿性向上等を目的として、第４の絶縁層３３上全面に形成される。しかし、フォトダイオード７の形成領域上では、光を入射させるために、パッシベーション膜３５に開口領域３６が形成される。
【００３３】
シリコーン樹脂３７が、例えば、回転塗布法により、基板１上全面に塗布される。シリコーン樹脂３７は、透光封止用樹脂であり、接着強度が強く、接着加工性に優れる。そして、フォトダイオード７の形成領域上のシリコーン樹脂３７の膜厚は、その他の素子形成領域の膜厚より厚くなる。尚、本実施の形態では、シリコーン樹脂３７により基板１とガラス板３８とを貼り合わせる場合について説明するがこの場合に限定するものではない。例えば、シリコーン樹脂３７の換わりにエポキシ樹脂を用いる場合でもよい。
【００３４】
ガラス板３８が、シリコーン樹脂３７を介して基板１上に貼り合わされる。ガラス板３８は、基板１上全面に貼り合わされ、チップサイズと成る。尚、本実施の形態では、ガラス板３８に限定されるものではなく、ガラス板３８に換えて、樹脂板等の透光性を有する支持基板を用いる場合でもよい。
【００３５】
上述したように、フォトダイオード７の形成領域であり、カソード領域としてのＮ型の拡散層２１上には、光の入射を妨げる配線層２８、２９、３１は配置されない。また、Ｎ型の拡散層２１を配置するため、Ｎ型の拡散層２１の形成領域には、ＬＯＣＯＳ酸化膜１３、３４も配置されない。一方、図１に示すように、ＭＯＳトランジスタ６の形成領域等のその他の素子形成領域では、エピタキシャル層２にＬＯＣＯＳ酸化膜１０〜１３、３４が形成される。また、エピタキシャル層２上にはゲート電極９、配線層２７〜２９、３１が配置される。その結果、フォトダイオード７のＮ型の拡散層２１上では、開口領域３６に合わせてパッシベーション膜３５表面からの段差幅ｔ１の窪み領域が形成される。
【００３６】
また、開口領域３２端部と開口領域３６端部との離間幅Ｗ３、Ｗ４の領域では、段差幅ｔ１の窪み領域と連続する窪み領域が形成される。例えば、離間幅Ｗ３の領域では、段差幅ｔ１から除々に浅くなり、段差幅ｔ４の領域が、広く形成される。一方、離間幅Ｗ４の領域では、段差幅ｔ１から除々に浅くなり、段差幅ｔ５の領域が、広く形成される。
【００３７】
この構造により、フォトダイオード７の形成領域上を含む領域では、シリコーン樹脂３７を塗布する際に、３層目の配線層３１の開口領域３２上が、主に、樹脂溜まり領域となる。そして、詳細は後述するが、段差幅ｔ１の窪み領域と連続して、その周囲に離間幅Ｗ３、Ｗ４の窪み領域を形成することで、上記樹脂溜まり領域が広がる。その結果、樹脂溜まり領域を埋設するシリコーン樹脂３７へ加わる熱応力が分散され易くなり、シリコーン樹脂３７での外観不良が防止される。
【００３８】
図２に示す如く、従来の構造では、フォトダイオード７以外の素子への光の入射を防止するため、３層目の配線層３１の開口領域３９の開口幅Ｗ１は、開口領域２３と同等か、若干、大きい程度である。つまり、開口領域３９は、分離領域４、５で区画されるフォトダイオード７の素子形成領域内に配置される。そして、３層目の配線層３１に熱応力の緩和構造（図３及び図４参照）を形成することなく、基板１上にシリコンーン樹脂３７を塗布し、ガラス板３８を貼り合わせると以下の問題が発生し易くなる。尚、図２の説明では、図１に示す構成部材と同一の構成部材には同じ符番を付す。
【００３９】
図示するように、丸印４１、４２で示す段差部は、フォトダイオード７の形成領域上の開口領域４０に沿って形成される。そして、開口領域４０内では、第４の絶縁層３３表面とパッシベーション膜３５表面との段差幅ｔ１が形成される。更に、開口領域４０端部と開口領域３９端部との離間幅Ｗ５、Ｗ６の領域では、それぞれ、パッシベーション膜３５表面での段差幅ｔ６、ｔ７が形成される。
【００４０】
この構造により、フォトダイオード７の形成領域では、シリコーン樹脂３７を塗布する際に、主に、上記段差幅ｔ１、ｔ６、ｔ７となる開口領域３９上が、樹脂溜まり領域となる。そして、開口領域３９（縦１００μｍ×横１５０μｍ）は、チップ（縦１．２ｍｍ×横１．５ｍｍ）全体に占める領域としては微小領域である。特に、開口領域３９の開口幅Ｗ１が狭いため、離間幅Ｗ５、Ｗ６も狭くなり、樹脂溜まり領域は、主に、大きい上記段差幅ｔ１、ｔ６、ｔ７により構成される。その結果、フォトダイオード７の形成領域上のシリコーン樹脂３７の膜厚は、局所的に厚くなる。
【００４１】
ここで、基板１とガラス板３８とはシリコーン樹脂３７により接着され、基板１の厚みは、例えば、６５０μｍ程度であり、ガラス板３８の厚みは、例えば、４００μｍ程度である。また、基板１の線膨張係数は３．０×１０−６／Ｋであり、シリコーン樹脂３７の線膨張係数は７０×１０−６／Ｋであり、ガラス板３８の線膨張係数は３８×１０−６／Ｋである。そして、チップの置かれる熱環境に応じて、基板１、シリコーン樹脂３７及びガラス板３８は、それぞれ熱膨張、熱収縮を繰り返す。
【００４２】
その結果、チップ全体として、上記熱膨張、熱収縮を繰り返すと、最も膜厚の薄いシリコーン樹脂３７が、その熱応力による影響を受け易い。特に、上記開口領域３９での樹脂溜まり領域では、基板１上にてシリコーン樹脂３７の膜厚が最も厚くなる。そして、シリコン樹脂３７の膜厚がほぼ厚みｔ２で均一となる基板１上のその他の領域よりも、シリコーン樹脂３７の膜厚が局所的に厚くなる上記樹脂溜まり領域が、熱応力による影響を受け易い。そして、チップ全体に収縮方向の熱応力が加わると、丸印４１、４２で示す段差部では、シリコーン樹脂３７と第４の絶縁層３３及びパッシベーション膜３５との界面から剥離が発生する。そして、シリコーン樹脂３７には、上記剥離に伴うクラックが発生し、そのクラックが外観異常となる。その結果、フォトダイオード７では、上記剥離やクラックにより入射光が乱反射し、フォトダイオード７として使用できず、製品不良となる。
【００４３】
具体的には、熱応力の緩和構造（図３、図４参照）が形成されないチップに対し、信頼性試験を行った。低温保存試験を行った場合には、２２チップ中全てのチップに上記外観異常が発生した。また、温度サイクル試験を行った場合には、２２チップ中１８チップに上記外観異常が発生した。また、リフロー試験を行った場合には、９５チップ中１０チップに上記外観異常が発生した。尚、高温保存試験、高温高湿保存試験を行った場合には、全てのチップにおいて、上記外観異常が発生しなかった。
【００４４】
上記信頼性試験の結果からも、チップ全体に対し収縮方向の熱応力が加わることで、上記剥離が起こり、上記外観異常が発生し易いと考えられる。つまり、シリコーン樹脂３７と第４の絶縁層３３及びパッシベーション膜３５との界面には、複数の段差が形成されるが、特に、上記開口領域３９上の樹脂溜まり領域に位置する段差部（丸印４１、４２内）では、上記剥離に起因するクラックが発生し易いと考えられる。一方、チップへの温度が高く働くことで、シリコーン樹脂３７に膨張方向の熱応力が加わる際には、シリコーン樹脂３７の有する柔軟特性等により、上記熱応力が緩和される。そして、シリコーン樹脂３７は、厚み方向に対して水平方向に引っ張られることで、上記剥離が防止され、上記外観異常が起こり難いと考えられる。
【００４５】
先ず、本実施の形態では、図３（Ａ）に示す如く、３層目の配線層３１の開口領域３２の開口幅Ｗ２を広くし、開口領域３２上の樹脂溜まり領域を増大させることで熱応力の緩和構造を実現し、上記問題を解決する。
【００４６】
図示したように、実線４３はチップの外形端部（基板１の外形端部）を示し、実線４４は３層目の配線層３１に形成される開口領域３２端部を示し、点線４５はパッシベーション膜３５（図１参照）に形成される開口領域３６端部を示し、一点鎖線４６は分離領域４、５（図１参照）を示す。尚、実線４３、４４に囲まれる領域は３層目の配線層３１を示す。そして、図３（Ａ）では、チップに１つのフォトダイオード７が形成される場合を図示する。そのため、チップに複数のフォトダイオード７が形成される場合には、同様に、３層目の配線層３１には、フォトダイオードの形成領域に対応した複数の開口領域が形成される。
【００４７】
点線４５により囲まれる領域は、上記段差幅ｔ１（図１参照）の窪み領域である。実線４４と点線４５により囲まれる領域は、上記段差幅ｔ４、ｔ５（図１参照）を含む窪み領域である。図示したように、上記段差幅ｔ１の窪み領域の周囲には、上記段差幅ｔ４、ｔ５を含む窪み領域が連続して形成され、上記樹脂溜まり領域が形成される。そして、開口領域３２が、分離領域４、５より区画されるフォトダイオード７の形成領域よりも広く形成され、上記樹脂溜まり領域も増大する。その結果、上記樹脂溜まり領域では、上記収縮方向の熱応力が加わるが、その樹脂溜まり領域が増大することで、熱応力が分散され易い構造となる。そして、点線４５で示すように、パッシベーション膜３５の開口領域３６端部での上記剥離現象が防止され、その剥離に起因するシリコーン樹脂３７へのクラックが防止される。尚、シリコーン樹脂３７に加わる膨張方向の熱応力も、分散され易くなる。
【００４８】
更に、図３（Ｂ）では、３層目の配線層３１に形成される開口領域３２のコーナー部が、直線的に面取りされる構造である。また、図３（Ｃ）では、３層目の配線層３１に形成される開口領域３２のコーナー部が、曲線的に面取りされる構造である。どちらの構造においても、直交面のコーナー部から鈍角面のコーナー部または曲面のコーナー部へとすることで、コーナー部での熱応力の集中が緩和される。例えば、直交面のコーナー部では、上記膨張方向の熱応力が加わることで、シリコーン樹脂３７にそのコーナー部からクラックが発生し易くなる。しかしながら、コーナー部が、鈍角面または曲面となることで、その熱応力が集中し難くなり、局所的なクラックの発生を防止できる。
【００４９】
次に、本実施の形態では、図４（Ａ）に示す如く、３層目の配線層３１の開口領域３２と連続するスリットをチップの外形端部まで形成することで熱応力の緩和構造を実現し、上記問題を解決する。
【００５０】
図示したように、実線４７はチップの外形端部（基板１の外形端部）を示し、実線４８は３層目の配線層３１に形成される開口領域３２端部を示し、点線４９はパッシベーション膜３５（図１参照）に形成される開口領域３６端部を示し、一点鎖線５０は分離領域４、５（図１参照）を示す。そして、開口領域３２端部から紙面Ｙ軸方向に延在するスリット５１は、チップの外形端部まで形成される。尚、実線４７、４８に囲まれる領域は３層目の配線層３１を示す。そして、図４（Ａ）では、チップに１つのフォトダイオード７が形成される場合を図示する。そのため、チップに複数のフォトダイオード７が形成される場合には、同様に、３層目の配線層３１には、フォトダイオードの形成領域に対応した複数の開口領域及びスリットが形成される。
【００５１】
点線４９により囲まれる領域は、上記段差幅ｔ１（図１参照）の窪み領域である。実線４８と点線４９により囲まれる領域は、上記段差幅ｔ４、ｔ５（図１参照）を含む窪み領域である。図示したように、上記段差幅ｔ１の窪み領域の周囲には、段差幅ｔ４、ｔ５を含む窪み領域が連続して形成され、上記樹脂溜まり領域が形成される。更に、開口領域３２に連続するスリット５１は、開口領域３２と同様に、３層目の配線層３１を貫通して形成される。
【００５２】
この構造により、スリット５１上に堆積する第４の絶縁層３３表面及びパッシベーション膜３５表面にも窪み領域が形成され、その窪み領域は上記樹脂溜まり領域と連続する。そして、上記樹脂溜まり領域は、スリット５１と同様に、チップ外周端部まで形成される。その結果、上記樹脂溜まり領域を埋設するシリコーン樹脂３７には、上記収縮方向の熱応力が加わるが、少なくともその熱応力の一部は、丸印５２にて示す領域からチップ外部へと発散される。そして、上記樹脂溜まり領域への熱応力の集中が緩和され、シリコーン樹脂３７と第４の絶縁層３３及びパッシベーション膜３５との界面から剥離が発生することが防止される。そして、その剥離を防止することで、シリコーン樹脂３７にクラックが発生することが防止される。また、図３（Ａ）を用いて説明したように、開口領域３２が、分離領域４、５により区画されるフォトダイオード７の形成領域よりも広く形成されることで、その構造においても、シリコーン樹脂３７への熱応力が分散され易くなる。尚、シリコーン樹脂３７に加わる膨張方向の熱応力の一部も、丸印５２にて示す領域からチップ外部へと発散される。
【００５３】
更に、図４（Ｂ）では、開口領域３２端部から紙面Ｙ軸方向に延在するスリット５１、５３が、チップの外形端部まで形成される。また、開口領域３２端部から紙面Ｘ軸方向に延在するスリット５４が、チップの外形端部まで形成される。そして、図４（Ａ）の構造と同様に、スリット５１、５３、５４は、３層目の配線層３１を貫通して形成される。この構造により、スリット５１、５３、５４上に堆積する第４の絶縁層３３表面及びパッシベーション膜３５表面にも窪み領域が形成され、その窪み領域は上記樹脂溜まり領域と連続する。そして、上記収縮方向の熱応力がシリコーン樹脂３７に加わるが、少なくともその熱応力の一部は、丸印５２、５５、５６にて示す領域からチップ外部へと発散され、図４（Ａ）と同様な効果が得られる。尚、シリコーン樹脂３７に加わる膨張方向の熱応力の一部も、丸印５２、５５、５６にて示す領域からチップ外部へと発散される。
【００５４】
図４（Ｃ）では、図３（Ｃ）にて説明した曲線的にコーナー部を面取りする構造においても、開口領域３２端部から紙面Ｙ軸方向に延在するスリット５１、５３が、設けられることで、図３（Ｃ）、図４（Ａ）と同様な効果が得られる。また、図示していないが、図３（Ｂ）に示す直線的にコーナー部を面取りする構造においても、スリット構造と組み合わせることで、図３（Ｂ）、図４（Ａ）と同様な効果が得られる。
【００５５】
最後に、図１、図３、図４に示すように、３層目の配線層に熱応力の緩和構造が形成されるチップに対し、同じ条件の信頼性試験を行った。そして、低温保存試験、温度サイクル試験、リフロー試験、高温保存試験、高温高湿保存試験の全ての試験において、全てのチップに上記外観異常が発生しなかった。
【００５６】
尚、本実施の形態では、図３に示すように、開口領域３２端部と開口領域３６端部との離間幅Ｗ３、Ｗ４を広げ、３層目の配線層３１の開口領域３２を広く形成する構造について説明する。そして、離間幅Ｗ３、Ｗ４の領域では、３層目の配線層３１を完全に開口する構造である。また、図４に示すように、３層目の配線層３１に開口領域３２と連続するスリット５１、５３、５４は、３層目の配線層３１を完全に貫通する構造である。しかしながら、本実施の形態では、開口領域３２を広げるために、あるいは、スリット５１、５３、５４を形成するために、３層目の配線層３１を完全に貫通する構造に限定するものではない。例えば、３層目の配線層３１を完全に貫通することなく、３層目の配線層３１の底面側を一部残す構造の場合でもよい。この構造の場合においても、３層目の配線層３１表面には段差が形成され、３層目の配線層３１を被覆する第４の絶縁層３３表面及びパッシベーション膜３５表面にも窪み領域が形成される。また、開口領域３２が分離領域４、５により区画されるフォトダイオード７の形成領域内に配置されるため、３層目の配線層３１は、その他の素子形成領域に対しては遮光性の機能を果たす。そして、１層目の配線層、２層目の配線層２７〜２９を遮光性膜として加工する必要がなくなる。
【００５７】
また、本実施の形態では、図４に示す構造では、図３に示す開口領域３２を広くする構造とスリット構造とを組み合わせる構造について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、開口領域３２が分離領域４、５により区画されるフォトダイオード７の形成領域内に配置される場合でもよい。この場合には、スリット構造により、シリコーン樹脂３７に加わる上記熱応力の一部がチップ外部へと発散され、上記熱応力がシリコーン樹脂３７へと集中することが緩和される。そして、３層目の配線層３１により遮光性が確保されるため、１層目の配線層、２層目の配線層２７〜２９を遮光性膜として加工する必要がなくなる。
【００５８】
また、本実施の形態では、上記別の島領域には、フォトダイオードが形成される場合について説明したが、この場合に限定するものではない。別の島領域には、例えば、トランジスタ、容量、抵抗等の素子が形成される場合でもよく、また、上記素子が形成されない場合でもよい。つまり、上記接着用樹脂の溜まる領域下方の領域は、必要に応じて任意の用途として用いることができる。そして、半導体チップとして透光性を必要としない場合には、ガラス板に換えて、金属板、樹脂板等の支持基板を用いる場合でもよい。
【００５９】
また、本実施の形態では、基板１上に１層のエピタキシャル層２が形成される場合について説明したが、この場合に限定するものではない。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００６０】
次に、本発明の第２の実施の形態である半導体装置の製造方法について、図５及び図６を参照し、詳細に説明する。図５及び図６は、本実施の形態における半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。尚、図５及び図６では、図１に示す半導体装置の製造方法について説明し、同一の構成部材は同一の符番とする。
【００６１】
先ず、図５に示す如く、Ｐ型の単結晶シリコン基板１（ウエハ）を準備する。基板１上にＮ型のエピタキシャル層２を形成する。エピタキシャル層２は、Ｐ型の分離領域３〜５により複数の島領域に区分される。そして、島領域の１つには、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタ６が形成され、別の島領域には、フォトダイオード７が形成される。尚、ＭＯＳトランジスタ６及びフォトダイオード７の構造の説明は、上述した説明を参照し、ここではその説明を割愛する。
【００６２】
次に、第１の絶縁層１４上に第２の絶縁層２６を形成する。第２の絶縁層２６としては、先ず、１層目の配線層（図示せず）等を被覆するようにＴＥＯＳ膜を堆積する。そして、ＴＥＯＳ膜は、ゲート電極９、１層目の配線層等の形状に応じて、その表面には段差が形成される。次に、この段差を緩和するため、ＴＥＯＳ膜上に液体ＳＯＧを塗布し、ＳＯＧ膜を形成する。その後、ＳＯＧ膜上に、再び、ＴＥＯＳ膜を堆積する。この製造方法により、第２の絶縁層２６表面の段差を緩和する。
【００６３】
次に、第２の絶縁層２６上に、アルミ合金膜を選択的に除去し、２層目の配線層２７〜２９を形成する。このとき、配線層２８、２９は、分離領域４、５により区画されたフォトダイオード７の形成領域上まで形成され、遮光膜としての機能も有する。
【００６４】
次に、第２の絶縁層２６上に第３の絶縁層３０を形成する。第３の絶縁層３０は、第２の絶縁層２６と同様に、ＴＥＯＳ膜、ＳＯＧ膜、ＴＥＯＳ膜の積層構造から成る。そして、その積層構造により、第３の絶縁層３０表面の段差を緩和する。
【００６５】
次に、第３の絶縁層３０上に、アルミ合金膜を選択的に除去し、３層目の配線層３１を形成する。このとき、３層目の配線層３１には、開口領域３２が形成される。そして、フォトダイオード７の形成領域上でのシリコーン樹脂３７（図６参照）への熱応力の緩和を図るため、開口領域３２は、分離領域４、５により区画されたフォトダイオード７の形成領域よりも広く開口する。
【００６６】
次に、第３の絶縁層３０上に第４の絶縁層３３を形成する。第４の絶縁層３３としては、例えば、ＴＥＯＳ膜を５００〜２０００Å程度堆積する。そして、第４の絶縁層３３は平坦化を目的としていないため、第４の絶縁層３３表面には、３層目の配線層３１に起因する段差が形成される。
【００６７】
次に、第４の絶縁層３３上にパッシベーション膜３５を形成する。パッシベーション膜３５としては、例えば、シリコン窒化膜を３０００〜１００００Å程度堆積する。その後、パッシベーション膜３５上にフォトレジスト６１を形成する。そして、フォトダイオード７の形成領域上に開口部を形成するように、フォトレジスト６１を選択的に除去する。
【００６８】
次に、図６に示す如く、フォトレジスト６１（図５参照）をマスクとして用い、例えば、ドライエッチングにより、パッシベーション膜３５を選択的に除去する。そして、フォトダイオード７の形成領域上のパッシベーション膜３５に開口領域３６を形成する。
【００６９】
次に、フォトレジスト６１を除去した後、パッシベーション膜３５上にシリコーン樹脂３７を滴下する。そして、基板１（ウエハ）と同形状のガラス板３８を準備し、基板１上にガラス板３８を貼り合わせる。その後、回転塗布装置のステージ（図示せず）上に基板１を設置し、ガラス板３８を基板１側に押圧した状態にて、基板１を回転させる。例えば、その押圧力は、ガラス板３８の自重により２〜１５Ｐａであり、回転速度は１５００〜３０００ｒｐｍである。この製造方法により、基板１の中心部に滴下されたシリコーン樹脂３７は、その遠心力により基板１周囲へと広がり、その後基板１とガラス板３８との間を充填する。このとき、上記遠心力や上記押圧力がシリコーン樹脂３７に加わることで、シリコーン樹脂３７内の微小気泡が除去される。
【００７０】
次に、熱処理を加えることで、シリコーン樹脂３７は硬化し、基板１とガラス板３８とは、確実に貼り合わされる。上述したように、ガラス板３８を用いシリコーン樹脂に押圧力を加えながら、シリコーン樹脂３７を流動させたことで、ガラス板３８は、基板１上にしっかりと固定された状態にて貼り合わされる。尚、本実施の形態では、ガラス板３８に限定されるものではなく、ガラス板３８に換えて、樹脂板等の透光性を有する支持基板を用いる場合でもよい。
【００７１】
最後に、図示していないが、基板１の裏面側から貫通電極を形成した後、基板１及びガラス板３８をダイシングし、個々のチップへと分割する。
【００７２】
上述したように、本実施の形態では、第１の絶縁層１４、第２の絶縁層２６及び第３の絶縁層３０の平坦性を実現する際に、ＴＥＯＳ膜、ＳＯＧ膜を積層することで対応し、ＣＭＰ法を用いていない。この製造方法により、ＣＭＰ法を用いることなく、製造コストを抑えられる。そして、ＣＭＰ法により絶縁層の接着面を平坦処理した場合と比較して、第４の絶縁層３３またはパッシベーション膜３５表面には、段差が形成され、シリコーン樹脂３７と密着性が向上される。第４の絶縁層３３またはパッシベーション膜３５表面の段差により、アンカー効果が得られるからである。
【００７３】
尚、本実施の形態では、３層目の配線層３１上に第４の絶縁層３３を基板１上全面に堆積した後、第４の絶縁層３３上にパッシベーション膜３５を形成するが、この場合に限定するものではない。例えば、第４の絶縁層３３を形成することなく、直接、３層目の配線層３１上にパッシベーション膜３５を形成する場合でもよい。この場合においても、パッシベーション膜３５表面には窪み領域が形成され、フォトダイオード７の形成領域上には、熱応力を緩和する形状の樹脂溜まり領域が形成される。
【００７４】
また、本実施の形態では、上記別の島領域には、フォトダイオードが形成される場合について説明したが、この場合に限定するものではない。別の島領域には、例えば、トランジスタ、容量、抵抗等の素子が形成される場合でもよく、また、上記素子が形成されない場合でもよい。つまり、上記接着用樹脂の溜まる領域下方の領域は、必要に応じて任意の用途として用いることができる。そして、半導体チップとして透光性を必要としない場合には、ガラス板に換えて、金属板、樹脂板等の支持基板を用いる場合でもよい。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置を説明する断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における半導体装置と比較するための従来の構造を説明する断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における半導体装置を説明する（Ａ）平面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）平面図である。
【図４】本発明の実施の形態における半導体装置を説明する（Ａ）平面図、（Ｂ）平面図、（Ｃ）平面図である。
【図５】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図６】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図７】従来の実施の形態における半導体装置を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  Ｐ型の単結晶シリコン基板
３１  ３層目の配線層
３２  開口領域
３７  シリコーン樹脂
３８  ガラス板
【図１】
2010010472.tif 000003
【図２】
2010010472.tif 000004
【図３】
2010010472.tif 000005
【図４】
2010010472.tif 000006
【図５】
2010010472.tif 000007
【図６】
2010010472.tif 000008
【図７】
2010010472.tif 000009