(57)【要約】【課題】  高周波駆動時に感度が低下しない固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法を提供すること。【解決手段】  絶縁膜２８の厚み、または配線２５の線幅と厚み、または配線２５の長さ、または配線２５上に形成されるバンプ部２６の径を、固体撮像素子チップ２０と配線２５及びバンプ部２６との間に発生するコンデンサ構造の静電容量を所望の値以下とするように形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に固体撮像素子が形成され、前記半導体基板を貫通する貫通配線によって裏面に形成される配線が前記固体撮像素子と接続された固体撮像装置において、
前記配線と前記半導体基板とを絶縁する絶縁膜の厚み、または前記配線の線幅と厚み、または前記配線の長さ、または前記配線上に形成されるバンプ部の径が、前記半導体基板と前記配線との間の静電容量を所望の値以下とするように形成されたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記静電容量の値は２ｐＦ以下であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記絶縁膜の厚さは２μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記配線の線幅は、２００μｍ以下１０μｍ以上であることを特徴とする請求項１、２、または３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記バンプ部の径は、２００μｍ以下５０μｍ以上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項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
半導体基板の表面に固体撮像素子を形成し、前記半導体基板の裏面に形成する配線と前記固体撮像素子とを接続する貫通配線を該半導体基板に形成する固体撮像装置の製造方法において、
前記配線と前記半導体基板とを絶縁する絶縁膜の厚み、または前記配線の線幅と厚み、または前記配線の長さ、または前記配線上に形成されるバンプ部の径が、前記半導体基板と前記配線との間の静電容量を所望の値以下とするように形成されることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記静電容量の値は２ｐＦ以下であることを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記絶縁膜の厚さは２μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記配線の線幅は２００μｍ以下１０μｍ以上であることを特徴とする請求項６、７、または８のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記バンプ部の径は、２００μｍ以下５０μｍ以上であることを特徴とする請求項６、７、８、または９のいずれか１項に記載の固体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形成された固体撮像素子と裏面側に形成された配線とを接続する貫通配線が形成された固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラや携帯電話に用いられるＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）からなる固体撮像装置は、近年益々の小型化、量産化が望まれている。
【０００３】
固体撮像装置の小型化、量産化を図るための方法としては、図１に示すように、多数の固体撮像素子の受光部が形成された固体撮像素子ウェーハ１０と各受光部を包囲する位置に対応させてスペーサが形成された透光性基板１１（ガラスウェーハ）とを、スペーサを介して接合した後、固体撮像素子が形成された半導体基板の裏面側へ外部接続用の配線及び電極を形成する為の貫通配線を形成し、ダイシング等の各工程を経て個別の固体撮像装置１３、１３、１３・・・に分割されて製造される固体撮像装置、及びその製造方法が提案されている（例えば、特許文献１、又は特許文献２参照。）。
【０００４】
以下、貫通配線を有する固体撮像装置の構成を簡単に説明する。図２は固体撮像装置の断面図及び要部拡大図である。
【０００５】
図２または図３（ａ）に示す固体撮像装置１３は、固体撮像素子チップ２０の表面側に固体撮像素子２１と接続端子２２とが形成され、スペーサ２３を介してカバーガラス２４により固体撮像素子２１が封止されている。
【０００６】
固体撮像素子チップ２０には、図３（ｂ）に示すように、固体撮像素子チップ２０底面に設けられた外部装置との接続を行う配線２５及びバンプ部２６へ表面側の接続端子２２を接続する貫通配線２７が形成されている。また、固体撮像素子チップ２０と貫通配線２７との間と、固体撮像素子チップ２０と配線２５及びバンプ部２６との間には、それぞれの間を絶縁する絶縁膜２８が形成されている。
【０００７】
以上のような構成の固体撮像装置では、小型化、量産化と共に近年動作信号の高速化が更に求められている。動作信号の高速化では、図２に示す固体撮像素子チップ２０に形成された裏面の配線２５、バンプ部２６、及び貫通配線２７での信号のなまり（歪み）により固体撮像装置１３の感度が低下することが問題となる。信号のなまりは、６メガヘルツ程度の固体撮像素子の駆動周波数でも発生する場合があり、現行の３０メガヘルツの駆動周波数では大きな問題となっている。更に将来的には駆動周波数が７５メガヘルツ以上となっていく可能性があり、今後の大きな課題となっている。
【特許文献１】特開２００１−３５１９９７号公報
【特許文献２】特開２００４−８８０８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、固体撮像素子チップ２０裏面に形成された絶縁膜２８は非常に薄い為（例えば１μｍ）、裏面の配線２５及びバンプ部２６と固体撮像素子チップ２０とを電極としたコンデンサ（蓄電器）構造を生じさせる。これにより、裏面の配線２５及びバンプ部２６と固体撮像素子チップ２０との間に不要な電荷が貯まり、信号の遅延、なまりを発生させ固体撮像装置の感度を低下させる。
【０００９】
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、固体撮像装置に生じるコンデンサ構造の静電容量を低減させることにより信号のなまりを減少させ、高周波駆動時に感度が低下しない固体撮像装置及び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】
【００１０】
本発明は前記目的を達成するために、半導体基板の表面に固体撮像素子が形成され、前記半導体基板を貫通する貫通配線によって裏面に形成される配線が前記固体撮像素子と接続された固体撮像装置において、前記配線と前記半導体基板とを絶縁する絶縁膜の厚み、または前記配線の線幅と厚み、または前記配線の長さ、または前記配線上に形成されるバンプ部の径が、前記半導体基板と前記配線との間の静電容量を所望の値以下とするように形成されたことを特徴としている。
【００１１】
また、本発明は前記発明において、前記静電容量の値は２ｐＦ以下であること、前記絶縁膜の厚さは２μｍ以上１０μｍ以下であること、配線の線幅を２００μｍ以下１０μｍ以上であること、前記バンプ部の径は、２００μｍ以下５０μｍ以上であることも特徴としている。
【００１２】
本発明によれば、半導体基板の表面側に固体撮像素子が形成され、裏面側には外部装置と接続される配線や電極が形成されている。固体撮像素子と配線は半導体基板内部に形成された貫通配線により接続され、半導体基板と配線との間には絶縁膜が形成されている。
【００１３】
このとき、絶縁膜の厚み、または前記配線の線幅と厚み、または前記配線の長さ、または前記配線上に形成されるバンプ部の径は、配線と半導体基板とを電極としたコンデンサ構造の静電容量を所望の値以下とするように形成される。これにより、配線と半導体基板との間に不要な電荷を貯めることが無く、信号の遅延、なまりの発生を防ぎ高周波駆動時の固体撮像装置の感度低下を防止する。
【００１４】
また、本発明では、配線と半導体基板とを電極としたコンデンサ構造の静電容量静電容量の値は２ｐＦ以下となるように絶縁膜の厚みと配線の線幅が調整され、絶縁膜の厚さは２μｍ以上１０μｍ以下であり、配線の線幅は２００μｍ以下１０μｍ以上であり、バンプ部の径は、２００μｍ以下５０μｍ以上となるように形成されている。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法によれば、絶縁膜の厚み、または配線の線幅と厚み、または配線の長さ、または配線上に形成されるバンプ部の径を調整することにより、固体撮像装置に生じるコンデンサ構造の静電容量が低減し、信号のなまりが生じず、高周波駆動時に感度が低下しない固体撮像装置及び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】
【００１６】
以下添付図面に従って本発明に係る固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法の好ましい実施の形態について詳説する。図４は固体撮像装置に貫通配線を形成する手順を示した断面図である。
【００１７】
図１に示される固体撮像装置１３の製造工程ではまず初めに固体撮像素子ウェーハ１０と透光性基板１１との接合が行われる。
【００１８】
図１に示す固体撮像素子ウェーハ１０は、多数の図２に示す固体撮像素子２１と接続端子２２とが一般的な半導体素子製造プロセスによって形成された、円盤状のシリコン単結晶基板であって、その厚さは例えば３００μｍ程度である。
【００１９】
固体撮像素子ウェーハ１０に形成された固体撮像素子２１には、受光素子であるフォトダイオード、励起電圧を外部に転送する転送電極、開口部を有する遮光膜、及び層間絶縁膜を備えている。更に、固体撮像素子２１は、層間絶縁膜の上部にインナーレンズが形成され、インナーレンズの上部に中間層を介してカラーフィルタが設けられ、カラーフィルタの上部には中間層を介してマイクロレンズ等が設けられている。
【００２０】
透光性基板１１は、熱膨張係数がシリコンに近い透明ガラス、例えば、「パイレックス（登録商標）ガラス」等が用いられた、厚さが例えば５００μｍ程度の円盤状の基板である。透光性基板１１の底面には、枠形状のスペーサ２３が固体撮像素子ウェーハ１０上の固体撮像素子２１の位置に合わせて多数接合されている。
【００２１】
スペーサ２３は、無機材料で、固体撮像素子ウェーハ１０及び透光性基板１１と熱膨張係数等の物性が類似した例えば多結晶シリコンが用いられ、透光性基板１１に接着剤等により接合された多結晶シリコン基板をフォトリソグラフィを用いたエッチング法によってエッチングする、または事前にスペーサ２３の形状に形成されたものを透光性基板１１へ接着することにより形成される。スペーサ２３の一部分を断面で見たときに、その断面の幅は例えば２００μｍ程度、厚さは例えば１００μｍ程度である。
【００２２】
透光性基板１１がスペーサ２３を介して接合された固体撮像素子ウェーハ１０には、続いて図２に示す貫通配線２７を形成するためのスルーホールが、固体撮像素子ウェーハ１０表面に形成された接続端子２２に対面する位置に底面側から形成される。
【００２３】
図４（ａ）に示すように、スルーホールの形成では、まず固体撮像素子ウェーハ１０の底面のスルーホールの形成予定部分以外に、フォトリソグラフィによってレジストマスク２９が形成される。次いで、図４（ｂ）に示すように、プラズマエッチングによって固体撮像素子ウェーハ１０にスルーホール３０が形成される。このスルーホール３０により、接続端子２２の底面側がスルーホール３０内に露呈される。レジストマスク２９は、アッシングによって除去される。
【００２４】
スルーホール３０内に接続端子２２が露呈した固体撮像素子ウェーハ１０裏面には絶縁膜２８が形成される。この絶縁膜２８の形成は、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）が用いられる。絶縁膜２８の形成では、スルーホール３０内に露呈された接続端子２２の上にも絶縁膜２８が形成されてしまうので、接続端子２２とスルーホール３０内に充填される貫通配線２７を形成する為の導電性ペーストとの導通を阻害する。そのため、絶縁膜２８の形成後、再び固体撮像素子ウェーハ１０の底面にフォトリソグラフィによって接続端子２２上の絶縁膜２８を除いてレジストマスクを形成し、プラズマエッチングによって、マスクされていない接続端子２２上の絶縁膜２８のみを除去する。レジストマスクは、アッシングによって除去される。
【００２５】
このとき、絶縁膜２８の厚さは最終的に２μｍ以上１０μｍ以下の厚さとなるように形成される。これにより、固体撮像素子チップ２０と配線２５との間に生じるコンデンサ構造の静電容量の値が、所望の値以下である２ｐＦ以下となるように調整され、固体撮像素子チップ２０と配線２５との間に不要な電荷を貯めることが無く、信号の遅延、なまりの発生を防ぎ高周波駆動時の固体撮像装置の感度低下を防止する。
【００２６】
絶縁膜２８を形成後、再びスルーホール３０内に接続端子２２が露呈した固体撮像素子ウェーハは、貫通配線２７を構成する導電性ペーストがスルーホール３０内に充填される。この導電性ペーストの充填には、真空スクリーン印刷が利用される。充填された導電性ペーストは、固体撮像素子ウェーハ１０への加熱によって硬化する。
【００２７】
貫通配線２７が形成された固体撮像素子ウェーハ１０の裏面側へは、図４（ｃ）に示すように、外部装置との接続を行う配線２５が形成され、配線２５の一端にバンプ部２６が形成される。配線２５の形成では、フォトリソグラフィによって固体撮像素子ウェーハ１０の底面にレジストマスクを形成し、固体撮像素子ウェーハ１０の底面側をメッキ液中に浸して無電解メッキにより配線２５を形成し、最後に溶液等を使用してレジストマスクを除去する。
【００２８】
このとき、図５に示すように、配線２５の幅ｎは、２００μｍ以下１０μｍ以上となるように形成される。また、配線２５の厚みは、配線２５の幅ｎの減少に合わせ１０μｍ以上の厚さがあることが望ましく、２０μｍ以上に増やすことがより望ましい。また、バンプ部２６の径ｄは、２００μｍ以下５０μｍ以上となるように形成される。
【００２９】
更に、配線２５の長さは絶縁膜２８がＳｉＯ２により形成され、その比誘電率を３．９とした時、従来周知の配線方式であるワイヤボンド方式によって金ワイヤにより配線された場合と比較し、その長さの４分の１以下となることが望ましい。
【００３０】
これにより、固体撮像素子チップ２０と配線２５及びバンプ部２６との間に生じるコンデンサ構造の静電容量の値が、所望の値以下である２ｐＦ以下となるように調整され、固体撮像素子チップ２０と配線２５及びバンプ部２６との間に不要な電荷を貯めることが無く、信号の遅延、なまりの発生を防ぎ高周波駆動時の固体撮像装置の感度低下を防止する。
【００３１】
以上説明したように、本発明の固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法によれば、裏面に形成される絶縁膜の厚さ、または配線の線幅と厚み、または配線の長さ、または配線上に形成されるバンプ部の径が調整されることにより、固体撮像素子チップと配線及びバンプ部との間に生じるコンデンサ構造の静電容量が減少され、固体撮像素子チップと配線及びバンプ部との間に不要な電荷を貯めることが無く、固体撮像装置の信号の遅延、なまりの発生を防ぎ高周波駆動時の固体撮像装置の感度低下を防止することが可能となる。
【００３２】
なお、本実施の形態においては、裏面に形成される絶縁膜の厚さと配線の幅との両方を調整しているが、本願発明はこれに限らず、絶縁膜の厚さまたは配線の幅のいずれか一方のみを調整してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】固体撮像装置製造方法を示した斜視図。
【図２】固体撮像装置の側面断面図及び要部拡大図。
【図３】固体撮像装置の上面と底面の外観を示した斜視図。
【図４】スルーホールの形成手順を示した側面断面図。
【図５】固体撮像装置の底面の配線状況を示した平面図。
【符号の説明】
【００３４】
１０…固体撮像素子ウェーハ，１１…透光性基板，１３…固体撮像装置，２０…固体撮像素子チップ，２１…固体撮像素子，２２…接続端子，２３…スペーサ，２４…カバーガラス，２５…配線，２６…バンプ部，２７…貫通配線，２８…絶縁膜，２９…レジストマスク，３０…スルーホール
【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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