TW201104847A - Solid-state imaging device having penetration electrode formed in semiconductor substrate - Google Patents

Solid-state imaging device having penetration electrode formed in semiconductor substrate Download PDF

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TW201104847A
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Mariko Saito
Ikuko Inoue
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Toshiba Kk
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Description

201104847 六、發明說明： 本發明基於2009年2月13曰之日本申請 03 1 43 0號，主張其優先權，內容亦參照該日本申 容之全部。 【發明所屬之技術領域】 本發明關於具有形成於半導體基板之貫穿電 攝像裝置，例如相機模組。 【先前技術】 近年來隨著電子機器之小型化進展，具有半 感測器之固態攝像裝置亦被要求小型化。作爲實 之技術之一，係在形成有半導體影像感測器的半 之背面側起至表面側之內部電極爲止形成貫穿孔 埋於貫穿孔內的導電體層，而成爲將背面側電極 內部電極予以電連接的貫穿電極。 【發明內容】 (發明所欲解決之課題） 習知貫穿電極之形成方法，係例如如下。在 面側至表面側之間形成貫穿孔，之後，於貫穿孔 緣膜。接著，於貫穿孔底面與內部電極之間存在 緣膜及層間絕緣膜將貫穿孔予以延伸之後，於貫 埋導電體層（貫穿電極）（例如參照特開2007 - ^ 2009 - 請案之內 極的固態 導體影像 現小型化 導體晶片 ，介由塡 與表面側 石夕基板背 內形成絕 之上述絕 穿孔內塡 -53 1 49, 201104847 公報）。 但是，在層間絕緣膜形成貫穿孔時，欲於約5 0〜 ΙΟΟμιη厚度之砂基板下形成直徑約20〜30μιη之小尺寸貫穿 孔’必須增厚阻劑之膜厚，導致阻劑之圖案化時之顯像時 間變長、製造成本增加之問題。另外，除去阻劑時使用之 電獎去灰裝置（plasma asher)，會使貫穿孔內形成於砂 基板上之絕緣膜受損，而發生矽基板與導電體層間之短路 問題。 (用以解決課題的手段） 本發明之一態樣之固態攝像裝置，係具備：攝像元件 ’形成於半導體基板之第1主面；外部端子，形成於上述 半導體基板之和上述第1主面呈對向的第2主面上；絕緣膜 ’形成於穿設於上述半導體基板的貫穿孔內；貫穿電極， 形成於上述貫穿孔內之上述絕緣膜上，被電連接於上述外 部端子；第1層間絕緣膜，形成於上述半導體基板之上述 第1主面上及上述貫穿電極上；第1電極，形成於上述第1 層間絕緣膜上；及第1接觸栓塞，形成於上述貫穿電極與 上述第1電極之間的上述第1層間絕緣膜內，用於電連接上 述貫穿電極與上述第1電極。 【實施方式】 以下參照圖面說明本發明之實施形態。其中，固態攝 像裝置以相機模組爲例。說明之全圖中共通之部分附加共 -6 - 201104847 通之參照符號。 圖1爲本發明實施形態之相機模組之構成斷面圖。在 形成有攝像元件（未圖示）的矽半導體基板（攝像元件晶 片）1〇的第1主面上，介由接著劑11被形成透光性支撐基 板、例如玻璃基板1 2。於玻璃基板1 2上介由接著劑1 3配置 IR (紅外線）截止濾鏡（cut filter ) 14 ’於IR截止濾鏡14 上介由接著劑15配置包含攝像透鏡16的透鏡支持部I7。另 外，於矽基板1〇之和第1主面呈對向的第2主面上’形成外 部端子（電極）之例如錫球1 8。於矽基板1 0及玻璃基板1 2 之周圍配置遮光兼蔽磁構件19，該遮光兼蔽磁構件19係藉 由接著劑20接著於透鏡支持部1 7。藉由此種構造而形成相 機模組1〇〇。 上述相機模組1 〇〇，例如係介由錫球1 8直接裝配於樹 脂或陶瓷構成之裝配基板200上（COB: Chip On Board) ο 以下詳細說明圖1之矽基板1 〇與玻璃基板1 2之斷面構 造。圖2爲實施形態之相機模組中之矽基板與玻璃基板之 一部分之擴大斷面圖。相機模組，係具有：形成有攝像元 件2 1之攝像畫素部；及周邊電路部，用於處理由該攝像畫 素部所輸出之信號。 相機模組之攝像畫素部係具有以下構成。於矽基板1 〇 之第1主面被配置元件分離絕緣層（例如STI ( Shallow Trench Isolation) ) 22，及藉由元件分離絕緣層22被分離 的元件區域。於元件區域被形成包含光二極體及電晶體的 201104847 攝像元件21。在形成有攝像元件21的第1主面上’形成層 間絕緣膜（第1層間絕緣膜）2 3，於層間絕緣膜2 3上形成 層間絕緣膜（第2層間絕緣膜）24。另外，於層間絕緣膜 24中形成配線25。 於層間絕緣膜24上形成鈍化膜26，於鈍化膜26上形成 基底層27»於基底層27上以和攝像元件21對應之方式分別 配置彩色濾光片（color filter) 28。於彩色濾光片28上形 成披膜29，於披膜29上以和攝像元件21 (或彩色濾光片28 )對應之方式分別形成微透鏡30。另外，微透鏡30上成爲 空洞3 1，於該空洞3 1上被配置透光性支撐基板、例如玻璃 基板1 2。 於相機模組之周邊電路部，被形成以下之貫穿電極及 電極焊墊。於矽基板10之第1主面上形成層間絕緣膜23， 於層間絕緣膜23上形成內部電極（第1電極）32。另外， 於內部電極32上介由層間絕緣膜24形成元件面電極（第2 電極）33。在內部電極32與元件面電極33間之層間絕緣膜 24內，形成接觸栓塞（第2接觸栓塞）34用於電連接彼等 電極間。接觸栓塞34，由第1主面之垂直方向看時，係配 置於不和貫穿孔重疊之區域。又，元件面電極33，係介由 例如接觸栓塞34'內部電極32，使用於電壓之施加及信號 之讀出等。例如於晶粒選別測試（die sort test )時，測試 用探針被觸接於元件面電極33。 於矽基板10，自第2主面至第1主面、亦即自第2主面 至到達層間絕緣膜23爲止被開設貫穿孔。於貫穿孔之側面 -8 - 201104847 上及第2主面上形成絕緣膜35。另外，於貫穿孔內面上、 亦即於絕緣膜35上及層間絕緣膜23上形成導電體層（貫穿 電極）36。在導電體層36與內部電極32之間的層間絕緣膜 23內，形成接觸栓塞（第1接觸栓塞）37，用於電連接導 電體層36與內部電極32。接觸栓塞37，由第1主面之垂直 方向看時，係配置於導電體層36與層間絕緣膜23之接觸之 區域內。內部電極32，係電連接於攝像元件21或形成於周 邊電路部的周邊電路（未圖示）。如此則，形成於貫穿孔 的貫穿電極，可將錫球18與攝像元件21或周邊電路予以電 連接。 又，於導電體層36上、及第2主面上之絕緣膜35上， 形成保護膜例如焊錫阻劑3 8。另外，於第2主面上，導電 體層3 6上之焊錫阻劑3 8之一部分被開口，於露出之導電體 層3 6上被形成錫球1 8。 另外’於元件面電極33上形成鈍化膜26。於鈍化膜26 上形成基底層27’於基底層27上形成披膜29。於披膜29上 形成苯乙烯系樹脂層39。於元件面電極33上形成焊墊開口 部40 ’而配置彼等鈍化膜26、基底層27、披膜29及苯乙烯 系樹脂層39。於苯乙烯系樹脂層39上及元件面電極33上， 介由接者劑1 1形成玻璃基板1 2。又，接著劑1 1被施予圖案 化’不被配置於攝像元件21上（或微透鏡30上）。 又’焊錫阻劑3 8 ’係由例如苯酚樹脂' 或聚醯亞胺系 樹月曰 ' 胺系樹脂等構成。錫球〗8，可使用例如s n _ p b (共 晶）或95Pb — Sn (高鉛高融點焊錫），作爲無鉛（無pb ) 201104847 焊錫，可使用 Sn— Ag、Sn— Cu、Sn— Ag— Cu等。 以下詳細說明實施形態之相機模組之貫穿電極與電極 部分。圖3爲相機模組中之貫穿電極與電極部分之擴大斷 面圖。圖4爲由焊墊開口部側觀察之貫穿電極與電極部分 之平面圖。又，於圖3' 4圖示被形成於層間絕緣膜24上之 鈍化膜2 6爲止，形成於鈍化膜2 6上之構件則被省略。 於圖3，如上述說明，於矽基板1〇之第2主面起至到達 第1主面的貫穿孔形成有導電體層36。於矽基板10之第1主 面上介由層間絕緣膜23形成內部電極32。在導電體層3 6與 內部電極32之間的層間絕緣膜23內，形成接觸栓塞37。接 觸栓塞37，如圖4所示，由第1主面之垂直方向看時，亦即 由焊墊開口部側看時，係配置於導電體層30與層間絕緣膜 23呈接觸之區域內。又，於圖3、4，41表示導電體層36與 層間絕緣膜23呈接觸之區域，42表示第1主面中之貫穿孔 之外形。 以下說明實施形態之相機模組中之貫穿電極之製造方 法。圖5〜10表示相機模組中之貫穿電極之製造方法的各 工程之斷面圖。 首先，如圖5所示，於矽基板10之第1主面上形成層間 絕緣膜23。之後，於層間絕緣膜23形成接觸栓塞37，於接 觸栓塞3 7上及層間絕緣膜2 3上形成內部電極3 2。如此則， 矽基板10與內部電極32介由接觸栓塞37被連接。接觸栓塞 3 7之形成係如下所示。介由微影成像技術工程於層間絕緣 膜23形成孔之後，於層間絕緣膜23上沈積金屬材例如鎢（ -10- 201104847 W )，於孔內塡埋鎢。之後，藉由CMP (化學機械硏磨） 工程硏磨層間絕緣膜2 3上之多餘之鎢。之後’於層間絕緣 膜23上形成內部電極32、例如A1 (鋁）膜或Cu (銅）膜。 之後，如圖6所示，進行矽基板1 〇之加工形成貫穿孔 43。之後，如圖7所示，於貫穿孔43之內面上’亦即’於 貫穿孔4 3之側面上及底面（層間絕緣膜2 3面）上形成絕緣 膜3 5。之後，如圖8所示，於絕緣膜3 5上塗布阻劑44 ’如 圖9所示，藉由微影成像技術工程進行阻劑44之圖案化。 之後，如圖1 〇所示，除去未被阻劑44保護之絕緣膜3 5 。亦即，除去形成有接觸栓塞37的層間絕緣膜23上之絕緣 膜3 5。之後，剝離阻劑44之後，如圖3所示，於絕緣膜3 5 上、接觸栓塞37上、及層間絕緣膜23上形成導電體層36。 藉由上述來製造藉由接觸栓塞37而連接於內部電極32的貫 穿電極（導電體層）。 依據具有上述構造之實施形態，藉由接觸栓塞3 7來連 接貫穿電極（導電體層）36與內部電極32，可省略在第1 主面上之層間絕緣膜2 3加工貫穿電極之工程。如此則，可 以薄化阻劑44之膜厚，可縮短阻劑44之圖案化時間，降低 製造成本。另外，藉由阻劑44之膜厚之薄膜化，阻劑44剝 離時使用之電漿去灰裝置對絕緣膜35引起之損傷可以減輕 。如此則，可以減少導電體層36與矽基板1 〇間發生之短路 〇 又，上述係說明配置2個電極（內部電極3 2、元件面 電極3 3 )之例，但是，電極只要配置至少1層以上即可。 -11 - 201104847 例如可於內部電極32與元件面電極33間之層間絕緣膜24內 配置1個或複數個電極焊墊。另外，上述係說明於層間絕 緣膜24內形成3層配線25之例。 另外，於元件面電極33上之焊墊開口部40，鈍化膜26 之開口端，與基底層27、披膜29及苯乙烯系樹脂層39之開 口端之位置係不同，存在段差，但彼等開口端位置亦可形 成爲一致。另外，披膜29之開口端，與苯乙烯系樹脂層39 之開口端之位置可以存在段差，或不存在段差。另外，說 明於元件面電極33上之鈍化膜26'基底層27、披膜29及樹 脂層39設置開口形成焊墊開口部40之例，但是亦可以不在 彼等膜設置開口，而構成爲不形成焊墊開口部之構造。 本發明之實施形態，係提供固態攝像裝置，其可於矽 基板之貫穿孔被形成之貫穿電極之中，減少矽基板與導電 體層間發生之短路不良。 又，上述實施形態並非唯一之實施形態，藉由上述構 成之變更或各種構成之追加，可以形成各種實施形態。 以上依據實施形態具體說明本發明，但是本發明並不 限定於上述實施形態，在不脫離其要旨之情況下可做各種 變更實施。 【圖式簡單說明】 圖1爲本發明實施形態之相機模組之構成斷面圖。 圖2爲上述實施形態之相機模組中之矽半導體基板與 玻璃基板部分之擴大斷面圖》 -12- 201104847 圖3爲上述實施形態之相機模組中之貫穿電極與電極 焊墊部分之擴大斷面圖。 圖4爲上述實施形態之相機模組中由焊塾開口部側觀 察之貫穿電極與電極焊墊部分之平面圖。 圖5爲表示上述實施形態之相機模組中之貫穿電極之 製造方法的第1工程之斷面圖。 圖6爲表示上述第2實施形態之相機模組中之貫穿電極 之製造方法的第2工程之斷面圖。 圖7爲表示上述實施形態之相機模組中之貫穿電極之 製造方法的第3工程之斷面圖。 圖8爲表示上述實施形態之相機模組中之貫穿電極之 製造方法的第4工程之斷面圖。 圖9爲表示上述實施形態之相機模組中之貫穿電極之 製造方法的第5工程之斷面圖。 圖1 0爲表示上述實施形態之相機模組中之貫穿電極之 製造方法的第6工程之斷面圖。 【主要元件符號說明】 1 〇 :矽基板；1 1 :接著劑；12 :玻璃基板；1 8 :錫球 ;21 :攝像元件；22 :元件分離絕緣層；2 3 :層間絕緣膜 ;24 :層間絕緣膜；25 :配線；26 :鈍化膜；27 :基底層 ;28:彩色濾光片；29:披膜；30:微透鏡；31 :空洞； 3 2 :內部電極；3 3 :元件面電極；3 4 :接觸栓塞；3 5 :絕 緣膜；3 6 :導電體層；3 7 :接觸栓塞；3 8 :焊錫阻劑；3 9 -13- 201104847 :苯乙烯系樹脂層；40 :焊墊開口部 IR截止濾鏡；1 5 :接著劑；1 6 :攝像 部；1 9 :遮光兼蔽磁構件；20 :接著 ;200 :裝配基板。 ;1 3 :接著劑；1 4 : 透鏡；17:透鏡支持 劑；100 :相機模組 -14-

Claims (1)

  1. 201104847 七、申請專利範圍： 1 . 一種固態攝像裝置，係包含（第2、3圖）： 攝像元件，形成於半導體基板之第1主面； 外部端子’形成於上述半導體基板之和上述第i主面 對向的第2主面上； 絕緣膜’形成於穿設於上述半導體基板的貫穿孔內； 貫穿電極，形成於上述貫穿孔內之上述絕緣膜上，被 電連接於上述外部端子； 第1層間絕緣膜’形成於上述半導體基板之上述第i主 面上及上述貫穿電極上； 第1電極，形成於上述第1層間絕緣膜上；及 第1接觸栓塞’形成於上述貫穿電極與上述第i電極之 間的上述第1層間絕緣膜內，用於電連接上述貫穿電極與 上述第1電極。 2.如申請專利範圍第1項之固態攝像裝置，其中（第4 圖） 由上述半導體基板之上述第1主面之垂直方向觀察時 ’上述第1接觸栓塞’係被配置於上述貫穿電極與上述第1 層間絕緣膜接觸之區域內。 3 _如申請專利範圍第1項之固態攝像裝置，其中（第2 圖） 另包含： 第2層間絕緣膜，形成於上述第1電極上； 第2電極，形成於上述第2層間絕緣膜上； -15- 201104847 鈍化膜，形成於上述第2電極上及上述第2層間絕緣膜 上’具有開口部，上述開口部使上述第2電極之一部分露 出；及 第2接觸栓塞，形成於上述第1電極與上述第2電極之 間’用於電連接上述第1電極與上述第2電極* 如申請專利範圍第3項之固態攝像裝置，其中（第4 圖） 由上述半導體基板之上述第1主面之垂直方向觀察時 ，上述第2接觸栓塞，係被配置於不和上述貫穿孔重疊的 區域、或不和上述鈍化膜之上述開口部重疊的區域。 5 -如申請專利範圍第1項之固態攝像裝置，其中（第2 圖） 另包含： 彩色濾光片（color filter )，以和上述攝像元件對應 之方式被配置於上述攝像元件上；及微透鏡（micro lens )，配置於上述彩色濾光片上。 6.如申請專利範圍第5項之固態攝像裝置，其中（第2 圖） 另包含： 透光性支撐基板’配置於上述半導體基板之上方；及 接著材’用於將上述半導體基板與上述透光性支撐基 板予以接著。 7 ·如申請專利範圍第6項之固態攝像裝置，其中（第2 圖） -16- 201104847 於上述微透鏡與上述透光性支撐基板之間存在空洞。 8. 如申請專利範圍第6項之固態攝像裝置，其中（第1 圖） 另包含： 攝像透鏡，配置於上述透光性支撐基板之上方。 9. 如申請專利範圍第8項之固態攝像裝置，其中（第1 圖） 另包含：紅外線截止濾鏡（Infrared cut filter )，被 配置於上述透光性支撐基板與上述攝像透鏡之間。 1 〇 ·如申請專利範圍第1項之固態攝像裝置，其中（第 2圖） 上述貫穿電極’係用於電連接上述攝像元件與上述外 部端子。
    -17-
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