(57)【要約】【課題】  接続信頼性が高く、信号遅延による感度低下の少ないパッケージサイズが小さい裏面照射型固体撮像装置であって、外部装置と接続する電極の取り出し工程数の少ない裏面照射型固体撮像装置の製造方法を提供すること。【解決手段】  半導体基板１０の表面側にフォトダイオード１４及び電極パッド１５等の電荷転送部を形成する工程と、半導体基板１０の表面側に第１の接着剤１８により支持基板１７を接着する工程と、半導体基板１０の裏面側を薄層化し、薄層化された半導体基板１０の裏面側にＡＲ層１９、カラーフィルタ２０等の光層を形成する工程と、半導体基板１０の裏面側へ第２の接着剤２３により保護基板２２を接着する工程と、半導体基板１０から支持基板１７を剥離する工程とにより接続信頼性が高く、信号遅延による感度低下の少ない、パッケージサイズの小さい裏面照射型固体撮像装置を製造可能にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面側に固体撮像素子が形成され、前記半導体基板の裏面側より前記固体撮像素子へ光を入射させる裏面照射型撮像装置の製造方法において、
前記半導体基板の表面側に前記固体撮像素子及び前記固体撮像素子で発生した電荷を外部装置へ転送するための電荷転送部を形成する工程と、
前記固体撮像素子が形成された前記半導体基板の表面側に第１の接着剤により支持基板を接着する工程と、
前記支持基板が接着された前記半導体基板の裏面側を薄層化し、薄層化された前記半導体基板の裏面側に光層を形成する工程と、
裏面が薄層化されて前記光層が形成された前記半導体基板の裏面側へ第２の接着剤により保護基板を接着する工程と、
前記保護基板が接着された前記半導体基板から前記支持基板を剥離する工程と、を有することを特徴とする裏面照射型撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１の接着剤は、レジスト材または自己剥離性を有する接着剤であることを特徴とする請求項１に記載の裏面照射型撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記支持基板は、光透過性であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の裏面照射型撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記支持基板は、複数の穴が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の裏面照射型撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記支持基板はシリコンウェーハ、石英ガラス、無アルカリガラス、またはホウケイ酸ガラスのいずれかであることを特徴とする請求項１、２、３、または４のいずれか１項に記載の裏面照射型撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記支持基板の剥離は、紫外線光、熱、またはレジスト現像液のいずれかを用いて前記第１の接着剤の接着力を選択的に低下させて行うことを特徴とする請求項１、２、３、４、または５のいずれか１項に記載の裏面照射型撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の表面側に固体撮像素子が形成され、前記半導体基板の裏面側より光を入射させる裏面照射型撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の光学装置に使用される固体撮像装置は、一般的に半導体基板の表面側に形成されたフォトダイオード等の固体撮像素子と、固体撮像素子で発生した電荷を転送する転送路、転送電極、及び配線等の電荷転送部とを備えている。固体撮像素子上方にはカラーフィルタ、マイクロレンズ、遮光膜等の光層が形成され、固体撮像装置への入射光はマイクロレンズ及びカラーフィルタを介して固体撮像素子に照射されて固体撮像素子で光電変換される。光電変換により固体撮像素子で発生した電荷は、電荷転送部を経由して外部に転送される。
【０００３】
近年このような固体撮像素子では、感度を向上させるため半導体基板の裏面側から入射する光を光電変換する裏面照射型撮像装置が提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照。）。
【０００４】
裏面照射型撮像装置では、半導体基板の表面側に固体撮像素子及び電荷転送部を形成した後に表面側へ支持基板を接着し、裏面側をバックグラインドまたはエッチング等の方法により薄層化してから、裏面側へ遮光膜、カラーフィルタ、マイクロレンズ等の光層を形成している。光層が形成された半導体基板では、電荷転送部と外部装置とを接続する電極が形成され、光層の上部に保護基板が設けられる。
【特許文献１】特開平６−３２６２９３号公報
【特許文献２】特開２００５−３５３６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に記載される裏面照射型固体撮像装置の製造方法では、表面側全面に支持基板が接着されたままとなっており、外部装置と接続するための電極を形成するには、裏面側に電荷転送部としての電極取り出し端子を設ける必要がある為、固体撮像装置のパッケージサイズが大きくなる。また、特許文献２に記載される裏面照射型固体撮像装置の製造方法においても、開口部からのボンディングワイヤによる接続の為、パッケージサイズが大きくなる。
【０００６】
更に、特許文献１において、パッケージサイズを小型化する為に支持基板に対して電極取り出し端子まで通じる貫通穴を形成する方法が考えられるが、厚みのある支持基板に対して貫通穴を形成するために多くの工程数が増えるとともに、接続界面の数が増えて接続信頼性が低下し、貫通配線の静電容量による信号遅延で感度低下となる問題が生じる。
【０００７】
本発明は、このような問題に対してなされたものであって、外部装置と接続する電極の取り出し工程数の少ない裏面照射型固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は前記目的を達成するために、半導体基板の表面側に固体撮像素子が形成され、前記半導体基板の裏面側より前記固体撮像素子へ光を入射させる裏面照射型撮像装置の製造方法において、前記半導体基板の表面側に前記固体撮像素子及び前記固体撮像素子で発生した電荷を外部装置へ転送するための電荷転送部を形成する工程と、前記固体撮像素子が形成された前記半導体基板の表面側に第１の接着剤により支持基板を接着する工程と、前記支持基板が接着された前記半導体基板の裏面側を薄層化し、薄層化された前記半導体基板の裏面側に光層を形成する工程と、裏面が薄層化されて前記光層が形成された前記半導体基板の裏面側へ第２の接着剤により保護基板を接着する工程と、前記保護基板が接着された前記半導体基板から前記支持基板を剥離する工程と、を有することを特徴としている。
【０００９】
本発明によれば、まず半導体基板の表面側にフォトダイオード等の固体撮像素子と、固体撮像素子で発生した電荷を転送する転送路、転送電極、及び配線等の電荷転送部が形成される。続いて、固体撮像素子が形成された半導体基板の表面側には、第一の接着剤により支持基板が接着される。
【００１０】
このとき、半導体基板表面に形成されたアライメントマークの視認性を確保する為または支持基板の剥離を容易にする為、支持基板は光透過性のある材質または複数の穴が形成されている。更に、支持基板は半導体基板と熱膨張係数が近い素材が使用され、具体的な支持基板の材質としては、シリコンウェーハ、石英ガラス、無アルカリガラス、またはホウケイ酸ガラスが挙げられる。また、第１の接着剤としては、後の工程において支持基板を容易に剥離する為、レジスト材または紫外線光、熱などにより接着力が低下する自己剥離性を有する接着剤を使用する。
【００１１】
続いて、支持基板が接着された半導体基板は、裏面側をバックグラインドまたはエッチング等の方法により薄層化され、薄層化された裏面側へ遮光膜、カラーフィルタ、マイクロレンズ等の光層が形成される。続いて、光層が形成された半導体基板の裏面側には、第２の接着剤により低α線ガラス等による保護基板が接着される。
【００１２】
続いて、保護基板が接着された半導体基板から支持基板が剥離される。支持基板の剥離では、支持基板側をレジスト現像液に浸漬する、支持基板側に紫外線光を照射する、または支持基板側を加熱することにより第１の接着剤の接着力を選択的に低下させることにより行われる。支持基板が剥離された半導体基板には、表面側に電極が形成されて裏面照射型固体撮像装置となる。
【００１３】
これらにより、保護基板接着後に容易に支持基板が剥離され、少ない工程数で外部装置と接続する電極の取り出しを行うことが可能であるとともに、接続信頼性が高く、信号遅延による感度低下が少なくパッケージサイズの小さい裏面照射型固体撮像装置を製造することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、本発明の裏面照射型撮像装置の製造方法によれば、外部装置と接続する電極の取り出し工程数の少ない裏面照射型固体撮像装置の製造方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下添付図面に従って本発明に係る固体撮像素子の製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。
【００１６】
図１から図１１は本発明に係る裏面照射型撮像装置の製造方法の工程を示す断面図である。図１は支持基板１７を貼り付ける前の半導体基板１０の断面構造を示す断面図である。
【００１７】
まず、本発明に係わる裏面照射型撮像装置の製造方法では、図１に示すように、半導体基板１０の表面側に固体撮像素子であるフォトダイオード１４、電極パッド１５、不図示の転送電極、転送路、画素分離層等の電荷転送部を形成する工程が行われる。
【００１８】
本実施の形態では半導体基板１０としてＳＯＩ基板１１、ＳＯＩ酸化膜１２、ＳＯＩ活性層１３を備えているＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）ウェーハを使用し、半導体基板１０の表面側であるＳＯＩ活性層１３に従来周知の手法によりフォトダイオード１４、外部装置へ電荷を転送する電極パッド１５が形成される。フォトダイオード１４、パッド１５の上からは窒化シリコン・酸化シリコンなどにより形成される平坦化層１６が形成される。
【００１９】
続いて、表面側にフォトダイオード１４、電極パッド１５、平坦化層１６等が形成された半導体基板１０の表面側へ、図２に示すように、支持基板１７を第１の接着剤１８により接着する。
【００２０】
後の工程において半導体基板１０表面側に形成された不図示のアライメントマークを基準として裏面側にカラーフィルタ、マイクロレンズ等の光層を構成する各要素を形成する際、支持基板１７は光透過性のある透明な材質を用いることによりアライメントマークの視認性を確保する。また、アライメントマークの視認性を確保する方法としては、アライメントマーク上の支持基板１７にアライメントマークを認識するための穴を設けてもよい。
【００２１】
支持基板１７の具体的な材質としては、半導体基板１０と熱膨張係数が近い素材であって、シリコンウェーハ、石英ガラス、無アルカリガラス、またはホウケイ酸ガラス等が使用される。
【００２２】
なお、支持基板１７には、アライメントマークを認識する為の穴だけでなく、後の工程で第１の接着剤１８を剥離するための薬剤を、第１の接着剤１８まで浸透させるための穴が複数開いていてもよい。
【００２３】
第１の接着剤１８は、レジスト材または紫外線光、熱などにより接着力が低下する自己剥離性を有するテープ形状の接着剤を使用する。接着剤１８がレジスト材の場合は、支持基板１７上にスピンコートにより塗布し、粘着テープ状の物の場合は支持基板１７に貼着して使用する。
【００２４】
第１の接着剤１８は、ＫＯＨ等に対しての耐アルカリ性を備え、１５０℃以上、望ましくは２２０℃以上の耐熱性を備えた物であって、支持基板１７と半導体基板１０とを接着した際に半導体基板１０の表面側に形成されたアライメントマークを視認可能な物を使用する。
【００２５】
第１の接着剤１８としては、レジスト材料もしくはエポキシ系の自己剥離性接着剤等が好適に使用可能である。
【００２６】
支持基板１７と半導体基板１０との貼り合せでは真空中において０．２〜０．３ｋｇ／ｃｍ２の圧力をかけて行われる。接着後、接着剤１８がレジスト材の場合は、１００〜２００℃の温度で１〜３分のレジストベークを行う。
【００２７】
続いて、半導体基板１０は図３に示すように反転して装置に載置され、半導体基板１０の裏面側が、図４に示すように、バックグラインドまたはエッチング等の従来周知の手法によりＳＯＩ基板１１まで薄層化される。
【００２８】
続いて、薄層化された半導体基板１０の裏面側には、反射防止膜、カラーフィルタ等から成る光層が形成される。例えば、本実施の形態では、光層として図５に示すように、入射光の表面反射防止を目的としたＡＲ層１９が薄層化された半導体基板１０の裏面側へ形成される。
【００２９】
続いて、ＡＲ層１９の上に図６に示すように、同じく光層としてカラーフィルタ２０が形成される。カラーフィルタ２０の形成では、カラーフィルタ２０の各色の塗布、ベーク、及びフォトレジストの塗布、ベーク、現像を繰り返し、所望の形状のカラーフィルタ２０を形成していく。カラーフィルタ２０形成後は、図７に示すように、カラーフィルタ２０の周囲に遮光層２１が形成される。
【００３０】
光層を構成する各要素が形成された半導体基板１０の裏面側へは、続いて図８に示すように、保護基板２２が第２の接着剤２３により接着される。保護基板２２は、低α線ガラス等により形成される光透過性の板状部材であって、表面には入射光の反射を防止する反射防止層２４が形成されている。
【００３１】
第２の接着剤としては、光透過性であるエポキシ系接着剤等が好適に利用できる。
【００３２】
続いて、保護基板２２が接着された半導体基板１０から、図９に示すように、支持基板１７が剥離される。支持基板１７の剥離は、第１の接着剤１８がレジスト材の場合、半導体基板１０の表面側をレジスト現像液に浸漬し、支持基板１７に形成された穴からレジスト現像液を浸透させて第１の接着剤１８を除去することにより行われる。また、第１の接着剤１８として紫外線により接着力が低下する接着剤を使用する場合は、紫外線光を支持基板１７側より照射し、熱により接着力が低下する接着剤を使用した場合は、半導体基板１０の表面側を加熱することにより接着剤の接着力を低下させて支持基板１７を自己剥離させる。これにより、半導体基板１０より支持基板１７が容易に剥離することが可能となる。
【００３３】
支持基板１７が剥離された半導体基板１０は、続いて図１０に示すように平坦化層１６の一部に穴２５を形成し電極パッド１５を露出させる。露出した各電極パッド１５上には、図１１に示すように、外部装置との接続を行う為のバンプ２６が形成され裏面照射型撮像装置となる。
【００３４】
以上説明したように、本発明の裏面照射型撮像装置の製造方法によれば、保護基板接着後に容易に支持基板が剥離され、少ない工程数で外部装置と接続する電極の取り出しを行うことが可能となる。
【００３５】
更に、半導体基板表面側から厚みのある支持基板が剥離されているので、接続界面の数が減り、配線の静電容量も大きくなることが無いため、接続信頼性が高く、信号遅延による感度低下が少なくパッケージサイズの小さい裏面照射型固体撮像装置を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本実施の形態に係わる裏面照射型撮像装置の製造方法の半導体基板の断面構造を示した断面図。
【図２】裏面照射型撮像装置の製造方法の半導体基板に支持基板を接着した状態の断面図。
【図３】裏面照射型撮像装置の製造方法の半導体基板を反転させた状態の断面図。
【図４】裏面照射型撮像装置の製造方法の裏面側の薄層化状態を示した断面図。
【図５】裏面照射型撮像装置の製造方法のＡＲ層を形成した状態の断面図。
【図６】裏面照射型撮像装置の製造方法のカラーフィルタを形成した状態の断面図。
【図７】裏面照射型撮像装置の製造方法の遮光層を形成した状態の断面図。
【図８】裏面照射型撮像装置の製造方法の保護基板を接着した状態の断面図。
【図９】裏面照射型撮像装置の製造方法の支持基板を剥離した状態の断面図。
【図１０】裏面照射型撮像装置の製造方法の平坦化層に穴を形成した状態の断面図。
【図１１】裏面照射型撮像装置の製造方法のバンプを形成した状態の断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１０…半導体基板，１１…ＳＯＩ基板，１２…ＳＯＩ酸化膜，１３…ＳＯＩ活性層，１４…固体撮像素子，１５…電極パッド，１６…平坦化層，１７…支持基板，１８…第１の接着剤，１９…ＡＲ層，２０…カラーフィルタ，２１…遮光層，２２…保護基板，２３…第２の接着剤，２４…反射防止層，２５…穴，２６…バンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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