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JP7792911B2 - 半導体素子、半導体装置及び半導体素子の製造方法 - Google Patents

半導体素子、半導体装置及び半導体素子の製造方法

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JP7792911B2
JP7792911B2 JP2022556907A JP2022556907A JP7792911B2 JP 7792911 B2 JP7792911 B2 JP 7792911B2 JP 2022556907 A JP2022556907 A JP 2022556907A JP 2022556907 A JP2022556907 A JP 2022556907A JP 7792911 B2 JP7792911 B2 JP 7792911B2
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Description

本開示は、半導体素子、半導体装置及び半導体素子の製造方法に関する。
半導体素子において、ワイヤボンディングにより外部の回路と接続される半導体素子が使用されている。このワイヤボンディングは、半導体素子を構成する半導体基板の表面側に形成された配線領域に配置されたパッドにボンディングワイヤを接着する接続方法である。ボンディングワイヤの接着は、金属製のボンディングワイヤをパッドに加熱圧接することにより行うことができる。このボンディングワイヤは、半導体基板と接する面とは異なる側から接着される。
これに対し、パッドの近傍の半導体基板に開口部を形成してパッドを露出させ、半導体基板の裏面側から開口部を介してボンディングワイヤをパッドに接着させる半導体素子が提案されている。例えば、半導体基板の裏面側に照射された光の撮像を行う裏面照射型の撮像素子においては、入射光の集光を行うレンズが形成されるレンズ層やレンズ層の下地を平坦化する平坦化膜が半導体基板の裏面側に配置される。半導体基板の開口部は、これらレンズ層及び平坦化膜を除去した後に形成する必要がある。なお、ワイヤボンディングのパッドは半導体基板の端部に配置される。ボンディングワイヤ長を短縮するためである。また、半導体基板をウェハから個片化するダイシングのブレードが当接する領域であるスクライブラインがウェハ状の半導体基板の周囲に配置される。半導体素子の小型化に伴い、スクライブラインに近接してワイヤボンディングのパッドが配置される。このスクライブラインは、半導体基板に形成された線状の溝であり、レンズ層及び平坦化膜を除去した後の半導体基板に形成される。
これらワイヤボンディングを行う領域とスクライブラインを形成する領域のレンズ層及び平坦化膜を同時に除去する半導体装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この半導体装置においては、レンズ層及び平坦化膜が除去された開口部に隣接する半導体基板に、ワイヤボンディングの開口部とスクライブラインの溝とが個別に形成される。
特開2016-131179号公報
ワイヤボンディングによる接続の信頼性を確保するためには、パッド及びボンディングワイヤの接着強度を測定して管理する必要がある。この接着強度の測定は、パッドに接着されたボンディングワイヤを破断させて強度を測定するシェア強度試験により行うことができる。このシェア強度試験は、測定用の器具によりボンディングワイヤの接着部を半導体基板の面に平行な方向に押動することにより行われる。しかし、上述の従来技術では、ボンディングワイヤの接着部が半導体基板の開口部に配置されるため、測定用の器具による押動ができず、接着強度の測定ができないという問題がある。
そこで、本開示では、半導体基板の裏面側から接合接着されたボンディングワイヤの接着強度を測定する半導体素子、半導体装置及び半導体素子の製造方法を提案する。
本開示に係る半導体素子は、半導体基板と、接着パッドとを有する。半導体基板は、素子が形成されるとともに上記素子の信号を伝達する配線を有する配線領域が隣接して配置される。接着パッドは、上記半導体基板が除去された領域である半導体基板除去領域に隣接する上記配線領域に配置されて上記配線に接続されるとともに外部との接続のための接続部が接着される。上記半導体基板除去領域は、上記接着パッド及び上記接続部の接着強度の測定のための領域を含む。
また、本開示に係る半導体装置は、半導体基板と、接着パッドと、処理回路とを有する。半導体基板は、素子が形成されるとともに上記素子の信号を伝達する配線を有する配線領域が隣接して配置される。接着パッドは、上記半導体基板が除去された領域である半導体基板除去領域に隣接する上記配線領域に配置されて上記配線に接続されるとともに外部との接続のための接続部が接着される。処理回路は、伝達される信号を処理する。上記半導体基板除去領域は、上記接着パッド及び上記接続部の接着強度の測定のための領域を含む。
また、本開示に係る半導体素子の製造方法は、素子が形成された半導体基板に上記素子の信号を伝達する配線及び上記配線に接続されるとともに外部との接続のための接続部が接着される接着パッドを備える配線領域を配置する工程と、上記接着パッドの近傍の領域の上記半導体基板を除去する工程と、を含み、上記半導体基板を除去する工程は、上記接着パッド及び上記接続部の接着強度の測定のための領域を含む上記領域を除去する。
本開示の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。 本開示の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。 本開示の第1の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。 本開示の実施形態に係るシェア強度試験の一例を示す図である。 本開示の第1の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第1の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第1の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第1の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第1の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第1の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の実施形態に係る撮像素子の他の構成例を示す図である。 本開示の実施形態に係る撮像素子の他の構成例を示す図である。 本開示の実施形態に係る撮像素子の他の構成例を示す図である。 本開示の第2の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。 本開示の第2の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第2の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第2の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第2の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第2の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第2の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第2の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第2の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。 本開示の第3の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。 本開示の第4の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。 本開示の第4の実施形態に係る撮像素子の他の構成例を示す断面図である。 本開示の第4の実施形態に係る撮像素子の他の構成例を示す断面図である。 本開示に係る技術が適用され得る撮像装置の構成例を示す図である。
以下、本開示の実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。説明は、以下の順に行う。なお、以下の各実施形態において、同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
1.第1の実施形態
2.第2の実施形態
3.第3の実施形態
4.第4の実施形態
5.撮像装置の構成
(1.第1の実施形態)
[撮像素子の構成]
図1は、本開示の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す図である。同図は、撮像素子1の構成例を表すブロック図である。この撮像素子1を例に挙げて本開示の実施形態に係る半導体素子を説明する。撮像素子1は、被写体の画像データを生成する半導体素子である。撮像素子1は、画素アレイ部10と、垂直駆動部20と、カラム信号処理部30とを備える。
画素アレイ部10は、複数の画素100が配置されて構成されたものである。同図の画素アレイ部10は、複数の画素100が2次元行列の形状に配列される例を表したものである。ここで、画素100は、入射光の光電変換を行う光電変換部を備え、照射された入射光に基づいて被写体の画像信号を生成するものである。この光電変換部には、例えば、フォトダイオードを使用することができる。それぞれの画素100には、信号線21及び31が配線される。画素100は、信号線21により伝達される制御信号に制御されて画像信号を生成し、信号線31を介して生成した画像信号を出力する。なお、信号線21は、2次元行列の形状の行毎に配置され、1行に配置された複数の画素100に共通に配線される。信号線31は、2次元行列の形状の列毎に配置され、1列に配置された複数の画素100に共通に配線される。
垂直駆動部20は、上述の画素100の制御信号を生成するものである。同図の垂直駆動部20は、画素アレイ部10の2次元行列の行毎に制御信号を生成し、信号線21を介して出力することができる。
カラム信号処理部30は、画素100により生成された画像信号の処理を行うものである。同図のカラム信号処理部30は、画素アレイ部10の1行に配置された複数の画素100からの画像信号の処理を同時に行う。この処理として、例えば、画素100により生成されたアナログの画像信号をデジタルの画像信号に変換するアナログデジタル変換や画像信号のオフセット誤差を除去する相関二重サンプリング(CDS:Correlated Double Sampling)を行うことができる。処理後の画像信号は、撮像素子1の外部の回路等に対して出力される。なお、同図の撮像素子1は、請求の範囲に記載の半導体素子の一例である。
[撮像素子の平面の構成]
図2は、本開示の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す平面図である。同図は、撮像素子1の構成例を表す平面図であり、撮像素子1の裏面側の構成例を表す図である。撮像素子1は、半導体基板110及び配線領域120を備える。配線領域120は、半導体基板110の表面側に配置される。なお、同図の撮像素子1の裏面側は、半導体基板110の裏面側に対応する。図1において説明した画素アレイ部10は、半導体基板110の裏面側の中央部に形成される。同図に於ける左右の端部近傍の半導体基板110は除去され、配線領域120が露出した領域が形成される。この領域を半導体基板除去領域190と称する。同図の半導体基板除去領域190は、撮像素子1の左右の側面に沿って形成される例を表したものである。
この半導体基板除去領域190に接着パッド125が配置される。この接着パッド125は、ワイヤボンディングによりボンディングワイヤが接着される電極である。後述するように、接着パッド125は、配線領域120に埋め込まれており、配線領域120に形成された開口部171により半導体基板除去領域190の側に露出する構成となる。
[撮像素子の断面の構成]
図3は、本開示の第1の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図は、撮像素子1の構成例を表す断面図である。同図の撮像素子1は、半導体基板110と、配線領域120と、絶縁膜141および153と、カラーフィルタ142と、オンチップレンズ151と、支持基板160とを備える。なお、同図には、ボンディングワイヤ90を記載した。
半導体基板110は、半導体素子が形成される基板である。具体的には、半導体基板110には、半導体素子の拡散領域が形成される。この半導体基板110は、例えば、シリコン(Si)により構成することができる。半導体素子は、半導体基板110に形成されたウェル領域に配置される。便宜上、同図の半導体基板110は、p型のウェル領域に構成されるものと想定する。このp型のウェル領域にn型又はp型の半導体領域を形成することにより、半導体素子を形成することができる。
同図には、光電変換部101および電荷転送部102を例として記載した。光電変換部101は、図1において説明した画素100毎に配置され、入射光の光電変換を行う素子である。光電変換部101は、同図の半導体基板110に配置されたn型の半導体領域111(白抜きの矩形の領域)により構成される。具体的には、n型の半導体領域111及び周囲のp型のウェル領域の界面のpn接合により構成されるフォトダイオードが光電変換部101に該当する。
電荷転送部102は、光電変換部101により生成された電荷を転送する素子である。この電荷転送部102は、ゲート112を備えるMOSトランジスタにより構成される。ゲート112は、半導体基板110の表面側に配置されるゲート電極に半導体基板110の表面からn型の半導体領域111に達する深さの柱状の埋め込みゲートが接合された形状に構成される。電荷転送部102は、光電変換部101により生成された電荷を半導体基板110の厚さ方向に転送する縦型のMOSトランジスタである。電荷転送部102により転送された電荷は、半導体基板110の表面近傍に配置される浮遊拡散領域(不図示)に転送される。その後、この転送された電荷に基づいて、不図示の画素回路により画像信号が生成される。
なお、光電変換部101及び電荷転送部102は、画素100毎に配置される。
後述するように、撮像素子1の端部には、半導体基板除去領域190が配置される。この半導体基板除去領域190に隣接する面の半導体基板110には、貫通絶縁部119を配置することができる。この貫通絶縁部119は、半導体基板110を貫通する形状の絶縁物により構成される。貫通絶縁部119を配置することにより、半導体基板除去領域190に隣接する半導体基板110の側面を絶縁することができる。貫通絶縁部119は、半導体基板110の壁面に沿って形成されて半導体基板110を貫通する溝にSiO等の絶縁物を埋め込むことにより形成することができる。なお、貫通絶縁部119は、半導体基板除去領域190に隣接する面以外の半導体基板110の側面に配置することもできる。
配線領域120は、半導体基板110の表面側に隣接して配置されて素子の信号を伝達する配線を有する領域である。この配線領域120は、配線122と、絶縁層121とを備える。配線122は、素子の信号を伝達するものである。この配線122は、例えば、銅(Cu)やタングステン(W)等の金属により構成することができる。絶縁層121は、配線122を絶縁するものである。この絶縁層121は、例えば、酸化シリコン(SiO)により構成することができる。また、配線122及び絶縁層121は、多層に構成することができる。異なる層に配置される配線122同士は、ビアプラグ123により接続することができる。また、配線122と半導体基板110の素子(半導体領域)との接続は、コンタクトプラグ124により行うことができる。ビアプラグ123及びコンタクトプラグ124は、柱状の金属等により構成することができる。
また、配線領域120は、接着パッド125をさらに備える。この接着パッド125は、ボンディングワイヤ90が接着される電極である。接着パッド125は、例えば、アルミニウム(Al)により構成することができる。接着パッド125に隣接する絶縁層121には、開口部171が形成される。この開口部171を介してボンディングワイヤ90が接着される。
絶縁膜141は、半導体基板110の裏面側に配置されて半導体基板110を絶縁する膜である。この絶縁膜141は、例えば、SiOにより構成することができる。
カラーフィルタ142は、画素100毎に配置されて、画素100の入射光のうち所定の波長の入射光を透過する光学的なフィルタである。カラーフィルタ142には、赤色光、緑色光及び青色光を透過するカラーフィルタ142を配置することができる。この場合、画素100には、赤色光、緑色光及び青色光の何れかに対応するカラーフィルタ142が配置される。
オンチップレンズ151は、画素100毎に配置されて入射光を光電変換部101に集光するレンズである。このオンチップレンズ151は、アクリル樹脂等の有機材料や窒化シリコン(SiN)等の無機材料により構成することができる。なお、オンチップレンズ151を構成する部材は、画素アレイ部10の外側の領域に展延して配置される。この領域は、半導体基板110の裏面側を保護する保護膜152として作用する。
絶縁膜153は、オンチップレンズ151および保護膜152の表面に配置されて、画素アレイ部10を保護する膜である。この絶縁膜153は、例えば、SiOにより構成することができる。
支持基板160は、配線領域120に隣接して配置されて撮像素子1を支持する基板である。
撮像素子1の端部の半導体基板110および半導体基板110の裏面側に配置される絶縁膜141および保護膜152は除去され、配線領域120の裏面側が露出する形状となる。この半導体基板110が除去される領域を半導体基板除去領域190と称する。半導体基板除去領域190に隣接する配線領域120に接着パッド125および開口部171が配置され、半導体基板110の裏面側から開口部171を介してワイヤボンディングが行われる。
ボンディングワイヤ90は、例えば、金(Au)等の金属線により構成することができる。ワイヤボンディングは、次の手順により行うことができる。まず、キャピラリーと称される器具にボンディングワイヤ90を通し、放電加熱によりボンディングワイヤ90の先端部を球状にする。次に、キャピラリーを使用してボンディングワイヤ90の先端部を接着パッド125に加熱圧接する。これにより、ボンディングワイヤ90の先端部が接着パッド125に接着(溶着)される。この際、ボンディングワイヤ90の球状の先端部が接着部91を形成する。ボンディングワイヤ90の他方の端部は、外部の回路に配置されたパッドに接着され、ワイヤボンディングによる電気的な接続を行うことができる。なお、ボンディングワイヤ90は、請求の範囲に記載の接続部の一例である。
半導体基板除去領域190は、ワイヤボンディングを行うための領域であるとともに、ボンディングワイヤ90の接着パッド125との間の接着強度を測定するための領域である。この接着強度は、接着部91を接着パッド125面から破断させることにより測定することができる。すなわち、接着部91を破断させる際に必要となる荷重を測定することにより、ボンディングワイヤ90の接着強度を測定することができる。このような接着強度測定のための試験は、シェア強度試験と称される。同図に表したように、半導体基板除去領域190は、領域191及び192を含んだ領域である。領域191は、接着部91と半導体基板110との間の領域である。領域192は、接着部91を基準とする領域191の反対側の領域である。
なお、撮像素子1の構成は、この例に限定されない。例えば、貫通絶縁部119を省略することもできる。また、絶縁膜153を省略することもできる。
[シェア強度試験]
図4は、本開示の実施形態に係るシェア強度試験の一例を示す図である。同図は、シェア強度試験によりボンディングワイヤ90の接着強度を測定する例を表したものである。便宜上、同図の撮像素子1は、簡略化して記載した。シェア強度試験は、次の手順により行うことができる。まず、試験器具500を接着部91の横、すなわち領域191に配置する。次に、試験器具500を矢印の方向に移動させて接着部91に当接させるとともに接着部91を押動して剪断する。この剪断の際の加重を測定することにより、接着強度を測定することができる。同図の点線は、破断された接着部91を表す。このように、領域191は接着強度の測定のためにボンディングワイヤ90を押動して剪断する試験器具500を配置する領域であり、領域192は押動された接着部91が移動する領域である。本開示の撮像素子1は、領域191及び192を含む半導体基板除去領域190を有することにより、ボンディングワイヤ90の接着強度を精密に測定することができる。
従来技術の半導体素子では、半導体基板110にも開口部171と略同じ形状の開口部が形成され、ボンディングワイヤ90が接着されていた。しかし、撮像素子1においては、半導体基板110の厚み方向のサイズを大きくする必要がある。半導体基板110の深部にまで到達する赤色光等の長波長の光の光電変換を行うためである。このため、半導体基板の開口部が深くなり、ボンディングワイヤ90の接着部91が半導体基板110に隠れる形状となる。シェア強度試験に支障を来すこととなる。本開示の半導体素子では、半導体基板除去領域190を配置することにより、上述のように精密なシェア強度試験が可能となる。
[撮像素子の製造方法]
図5A乃至5Fは、本開示の第1の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。図5A乃至5Fは、撮像素子1の製造工程の一例を表す図である。まず、半導体基板110にウェル領域およびn型の半導体領域111等を形成し、半導体基板110の表面側に配線領域120を形成する。次に、配線領域120に支持基板160を接着し、半導体基板110の裏面側を研削して薄肉化する。次に研削した半導体基板110の裏面側に絶縁膜141、カラーフィルタ142、オンチップレンズ151および保護膜152並びに絶縁膜153を順に配置し、画素アレイ部10を形成する(図5A)。
次に、絶縁膜153に隣接してレジスト401を配置する。このレジスト401には、半導体基板除去領域190の形成のために半導体基板110を除去する領域に開口部402が形成される。この開口部402は、フォトリソグラフィにより形成することができる(図5B)。
次に、開口部402に隣接する絶縁膜153、保護膜152及び絶縁膜141を除去する。これは、ドライエッチングにより行うことができる(図5C)。
次に、半導体基板110の端部を除去し、半導体基板除去領域190を形成する。これは、レジスト401を使用して半導体基板110の端部をエッチングすることにより行うことができる。このエッチングにもドライエッチングを適用することができる。この際、図5Cとは異なるエッチング条件に基づいてドライエッチングを行う(図5D)。
次に、レジスト401を除去し、レジスト403を配置する。このレジスト403には、配線領域120の開口部171を形成する領域に開口部404が形成される(図5E)。
次に、レジスト403を使用して配線領域120の絶縁層121をエッチングして開口部171を形成する(図5F)。
その後、レジスト403を除去し、撮像素子1が形成されたウェハのダイシングを行って、撮像素子1を個片化する。次に、ダイボンディングを行って個片化した撮像素子1を半導体パッケージ等の基板上に接着する。次に、ワイヤボンディングを行って、接着パッド125にボンディングワイヤ90を接着する。以上の工程により撮像素子1を製造することができる。
[撮像素子の他の構成]
図6A乃至6Cは、本開示の実施形態に係る撮像素子の他の構成例を示す図である。図6A乃至6Cは、図2と同様に撮像素子1の構成例を表す平面図である。図6A乃至6Cの撮像素子1は、半導体基板除去領域190の形状が図2の撮像素子1と異なる。
図6Aの撮像素子1は、接着パッド125の並び方向に沿って半導体基板除去領域190が配置される例を表したものである。シェア強度試験を行う際には、図4に表したように、試験器具500をボンディングワイヤ90の接着部91と半導体基板110の間に配置して行うことができる。この場合には、同図の紙面の横方向及び縦方向をそれぞれx軸及びy軸とすると、x軸の方向に接着部91を押動して接着強度を測定することとなる。また、試験器具500をボンディングワイヤ90の接着部91の同図における上側または下側に配置してy軸の方向に接着部91を押動するシェア強度の測定も可能となる。この場合には、試験器具500を撮像素子1の端部からy軸の方向に動かすことにより、複数のボンディングワイヤ90のシェア強度試験を順次行うことができる。この場合、半導体基板除去領域190に含まれるシェア強度試験を行うための領域には、ボンディングワイヤ90の間の領域が該当する。
図6Bの撮像素子1は、接着パッド125毎に半導体基板除去領域190を配置する場合の例を表したものである。半導体基板除去領域190は、撮像素子1の端部にも構成される。このような形状の半導体基板除去領域190は、個片化する前のウェハ状の撮像素子1において、隣接する撮像素子1と共有することができる。すなわち、図6Bの半導体基板除去領域190は、隣接する撮像素子1の端部の半導体基板110を共通に除去し、ダイシングを行うことにより形成することができる。図2の撮像素子1の半導体基板除去領域190も同様に形成することができる。
図6Cの撮像素子1は、接着パッド125毎に配置されるとともに撮像素子1の端部を除く領域に配置される半導体基板除去領域190の例を表したものである。
このように、本開示の第1の実施形態の撮像素子1は、接着パッド125の近傍の半導体基板を除去することにより、ボンディングワイヤ90の接着強度の測定を行うことができる。
(2.第2の実施形態)
上述の第1の実施形態の撮像素子1は、貫通絶縁部119により半導体基板除去領域190に隣接する半導体基板110の側面を絶縁していた。これに対し、本開示の第2の実施形態の撮像素子1は、絶縁膜153により絶縁を行う点で、上述の第1の実施形態と異なる。
[撮像素子の断面の構成]
図7は、本開示の第2の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図は、図3と同様に、撮像素子1の構成例を表す断面図である。同図の撮像素子1は、半導体基板110の貫通絶縁部119が省略され、半導体基板除去領域190に隣接する半導体基板110及び配線領域120の面に絶縁膜153が配置される点で、図3の撮像素子1と異なる。
同図の絶縁膜153は、半導体基板除去領域190における撮像素子1の端部に展延された形状に構成され、半導体基板110の側面を覆う形状に構成される。この絶縁膜153により半導体基板除去領域190に隣接する半導体基板110の側面を絶縁することができる。
[撮像素子の製造方法]
図8A乃至8Hは、本開示の第2の実施形態に係る撮像素子の製造方法の一例を示す図である。図8A乃至8Hは、図5A乃至5Fと同様に、撮像素子1の製造工程の一例を表す図である。
図5Aにおいて説明した工程に従って、絶縁膜153以外の画素アレイ部10を形成する(図8A)。
次に、開口部402を有するレジスト401を配置し(図8B)、保護膜152及び絶縁膜141をエッチングにより除去する(図8C)。次に、半導体基板110の端部を除去し、半導体基板除去領域190を形成する(図8D)。次に、レジスト401を除去する(図8E)。
次に、撮像素子1の裏面側に絶縁物の膜を配置し、絶縁膜153を形成する(図8F)。これは、SiO等の膜をCVD(Chemical Vapor Deposition)等を使用して成膜することにより行うことができる。
次に、開口部404を有するレジスト403を配置し(図8G)、配線領域120の絶縁層121をエッチングして開口部171を形成する(図8H)。その後、レジスト403を除去する。以上の工程により、撮像素子1を製造することができる。なお、以上の工程は、請求の範囲に記載の半導体素子の製造方法の一例である。
なお、上述の図8Eの工程を省略し、レジスト401が配置された状態で、図8Fにおいて説明した絶縁膜を成膜することもできる。この場合には、半導体基板除去領域190に隣接する半導体基板110の側面および配線領域120の面に絶縁膜153が形成される。
これ以外の撮像素子1の構成は本開示の第1の実施形態における撮像素子1の構成と同様であるため、説明を省略する。
このように、本開示の第2の実施形態の撮像素子1は、絶縁膜153により半導体基板除去領域190に隣接する半導体基板110の側面を絶縁する。貫通絶縁部119を省略することができ、撮像素子1の構成を簡略化することができる。
(3.第3の実施形態)
上述の第1の実施形態の撮像素子1は、ワイヤボンディングを行う領域の半導体基板110が除去され、配線領域120の端部が露出していた。これに対し、本開示の第3の実施形態の撮像素子1は、端部の配線領域120にガードリングを配置する点で、上述の第1の実施形態と異なる。
[撮像素子の断面の構成]
図9は、本開示の第3の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図は、図3と同様に、撮像素子1の構成例を表す断面図である。同図の撮像素子1は、配線領域120の端部にガードリング126を備える点で、図3の撮像素子1と異なる。
ガードリング126は、配線領域120の端部の近傍に配置されて配線領域120を保護するものである。このガードリング126は、撮像素子1の外周に沿うリング状に構成することができる。前述のように、撮像素子1は、ダイシングにより個片化される。このダイシングの際、配線領域120にひび割れや欠けを生じる場合がある。ガードリング126は、ひび割れ等の伸展を防ぎ、撮像素子1の破損を防止するものである。ガードリング126は、金属部材により構成することができる。具体的には、ガードリング126は、同図に表したように交互に積層された配線122及びビアプラグ123により構成することができる。
また、ガードリング126を構成する金属部材である配線122及びビアプラグ123は、配線領域120の半導体基板除去領域190に隣接する面に対して埋設された形状に構成することができる。すなわち、ガードリング126を構成する配線122およびビアプラグ123は、配線領域120の半導体基板除去領域190に隣接する面に露出しない形状に構成することができる。同図のガードリング126は、配線領域120の半導体基板除去領域190に隣接する面との間の領域である領域127に絶縁層121が配置される。前述のように、半導体基板除去領域190は、半導体基板110をエッチングすることにより形成される。半導体基板110がエッチングされる領域の配線領域120にガードリング126の配線122等が露出する構成の場合には、半導体基板110と同時にエッチングされる可能性がある。この場合には、ガードリング126が破損することとなる。ガードリング126を構成する配線122及びビアプラグ123を配線領域120の半導体基板除去領域190に隣接する面において絶縁層221に埋設された形状にすることにより、ガードリング126の破損を防ぐことができる。なお、ガードリング126は、請求の範囲に記載の配線領域保護部の一例である。
これ以外の撮像素子1の構成は本開示の第1の実施形態における撮像素子1の構成と同様であるため、説明を省略する。
このように、本開示の第3の実施形態の撮像素子1は、配線領域120の端部にガードリング126を配置することにより、ダイシングの際の破損を防ぐことができる。
(4.第4の実施形態)
上述の第1の実施形態の撮像素子1は、半導体基板110を使用していた。これに対し、本開示の第4の実施形態の撮像素子1は、複数の半導体基板が積層されて構成される点で、上述の第1の実施形態と異なる。
[撮像素子の断面の構成]
図10は、本開示の第4の実施形態に係る撮像素子の構成例を示す断面図である。同図は、図3と同様に、撮像素子1の構成例を表す断面図である。同図の撮像素子1は、半導体基板210をさらに備え、ワイヤボンディングのための接着パッドが半導体基板210の配線領域に配置される点で、図3の撮像素子1と異なる。
同図の半導体基板110は、半導体基板210と配線領域同士が貼り合わされて積層される。同図の半導体基板110には、配線領域120の表面にパッド128が配置される。このパッド128は、貼り合わせの際に対抗する配線領域のパッドと接着されて電気信号の伝達を行う電極である。パッド128は、銅(Cu)により構成することができる。
半導体基板210は、半導体基板110と同様に素子が形成される半導体の基板である。この半導体基板210には、例えば、半導体基板110に配置された光電変換部101により生成されて電荷転送部102により転送される電荷に基づいて画像信号を生成する画素回路の素子を配置することができる。半導体基板210には、貫通絶縁部119と同様の構成の貫通絶縁部219を配置することができる。また、半導体基板210は、両面に配線領域(配線領域220aおよび配線領域220b)が配置される。
配線領域220aは、半導体基板110の配線領域120と貼り合わされる配線領域である。この配線領域220aは、配線222a及び絶縁層221aに加えてパッド228aを備える。パッド228aは、上述のパッド128と接着されるパッドである。半導体基板110および210の貼り合わせは、パッド128及び228aの位置合わせを行った後に加熱圧接して配線領域120の絶縁層121および配線領域220aの絶縁層221aを接着することにより行うことができる。この際、パッド128およびパッド228aも接着され、電気的に接続される。
配線領域220bは、支持基板160が接着される配線領域である。この配線領域220bは、配線222b及び絶縁層221bを備える。また、配線領域220bには、接着パッド225が配置される。この接着パッド225は、ボンディングワイヤ90が接着されるパッドである。接着パッド225の近傍の絶縁層221bには、開口部271が形成される。この開口部271を介してワイヤボンディングを行うことができる。
同図の半導体基板除去領域190は、半導体基板110および半導体基板210が除去された領域である。具体的には、同図の半導体基板除去領域190は、絶縁膜153、保護膜152、絶縁膜141、半導体基板110、配線領域120、配線領域220a及び半導体基板210が除去された領域である。この半導体基板除去領域190を配置することにより、ワイヤボンディングを行うことができ、ボンディングワイヤ90の接着強度を測定することができる。なお、半導体基板10は、請求の範囲に記載の第2の半導体基板の一例である。
[撮像素子の他の構成]
図11は、本開示の第4の実施形態に係る撮像素子の他の構成例を示す断面図である。同図は、図10と同様に、撮像素子1の構成例を表す断面図である。同図の撮像素子1は、支持基板160の代わりに半導体基板310を備える点で、図10の撮像素子1と異なる。
同図の半導体基板210は、半導体基板310と配線領域同士が貼り合わされて積層される。同図の半導体基板210には、配線領域220bの表面にパッド228bが配置される。
半導体基板310は、半導体基板110と同様に素子が形成される半導体の基板である。この半導体基板310には、例えば、図1において説明した垂直駆動部20やカラム信号処理部30の素子を配置することができる。半導体基板310には、配線領域320が配置される。
配線領域320は、配線322及び絶縁層321を備える。また、配線領域320には、パッド328が配置される。この配線領域320は、半導体基板210の配線領域220bと貼り合わされる配線領域である。貼り合わせの際、パッド228b及びパッド328が接着され、電気的に接続される。
図12は、本開示の第4の実施形態に係る撮像素子の他の構成例を示す断面図である。同図は、図11と同様に、撮像素子1の構成例を表す断面図である。同図の撮像素子1は、半導体基板210より小さいサイズの半導体基板310と支持基板160を備える点で、図11の撮像素子1と異なる。
同図の半導体基板310は、半導体基板210より小さいサイズに構成される半導体の基板である。この半導体基板310は、個片化された半導体基板であり、ウェハ状の撮像素子1の表面側に接合されたものである。このような実装形態は、COW(Chip on Wafer)と称される。半導体基板210に接合された半導体基板310は、封止材380および支持基板160により封止される。
同図の半導体基板除去領域190は、図3の半導体基板除去領域190と同様に絶縁膜153、保護膜152、絶縁膜141及び半導体基板110が除去された領域にすることができる。接着パッド225の近傍には開口部272が形成される。この開口部272は、配線領域120、配線領域220a及び半導体基板210を貫通する形状に構成される。この開口部272を介して接着パッド225にワイヤボンディングを行うことができる。
なお、半導体基板210の開口部272の周囲には、貫通絶縁部218が配置される。この貫通絶縁部218は、開口部272を囲む形状に構成することができる。貫通絶縁部218を配置することにより、半導体基板210の開口部272に接する面を絶縁することができる。
これ以外の撮像素子1の構成は本開示の第1の実施形態における撮像素子1の構成と同様であるため、説明を省略する。
このように、本開示の第4の実施形態の撮像素子1は、3つ以上の半導体基板が積層される場合において、半導体基板除去領域190を配置することにより、ワイヤボンディング及びボンディングワイヤ90の接着強度の測定を行うことができる。
(5.撮像装置の構成)
本開示に係る技術は、様々な製品へ応用することができる。例えば、本開示に係る技術は、カメラ等の撮像装置に適用することができる。
図13は、本開示に係る技術が適用され得る撮像装置の構成例を示す図である。同図の撮像装置1000は、撮像素子1001と、制御部1002と、画像処理部1003と、表示部1004と、記録部1005と、撮影レンズ1006とを備える。
撮影レンズ1006は、被写体からの光を集光するレンズである。この撮影レンズ1006により、被写体が撮像素子1001の受光面に結像される。
撮像素子1001は、被写体の撮像を行う素子である。この撮像素子1001の受光面には、被写体からの光の光電変換を行う光電変換部を有する複数の画素が配置される。これら複数の画素は、光電変換により生成された電荷に基づく画像信号をそれぞれ生成する。撮像素子1001は、画素により生成された画像信号をデジタルの画像信号に変換して画像処理部1003に対して出力する。なお、1画面分の画像信号はフレームと称される。撮像素子1001は、フレーム単位で画像信号を出力することもできる。
制御部1002は、撮像素子1001および画像処理部1003を制御するものである。制御部1002は、例えば、マイコン等を使用した電子回路により構成することができる。
画像処理部1003は、撮像素子1001からの画像信号を処理するものである。画像処理部1003における画像信号の処理には、例えば、カラーの画像を生成する際に不足する色の画像信号を生成するデモザイク処理や画像信号のノイズを除去するノイズリダクション処理が該当する。画像処理部1003は、例えば、マイコン等を使用した電子回路により構成することができる。
表示部1004は、画像処理部1003により処理された画像信号に基づいて、画像を表示するものである。表示部1004は、例えば、液晶モニタにより構成することができる。
記録部1005は、画像処理部1003により処理された画像信号に基づく画像(フレーム)を記録するものである。記録部1005は、例えば、ハードディスクや半導体メモリにより構成することができる。
以上、本開示が適用され得る撮像装置について説明した。本技術は上述の構成要素のうちの撮像素子1001に適用することができる。具体的には、図1において説明した撮像素子1は、撮像素子1001に適用することができる。なお、画像処理部1003は、請求の範囲に記載の処理回路の一例である。撮像装置1000は、請求の範囲に記載の半導体装置の一例である。
なお、本開示の第2の実施形態の構成は、他の実施形態に適用することができる。具体的には、図7の絶縁膜153は、本開示の第3及び第4の実施形態に適用することができる。
本開示の第3の実施形態の構成は、他の実施形態に適用することができる。具体的には、図9のガードリング126は、本開示の第2及び第4の実施形態に適用することができる。
(効果)
半導体素子(撮像素子1)は、半導体基板110と、接着パッド125とを有する。半導体基板110は、素子が形成されるとともに上記素子の信号を伝達する配線122を有する配線領域120が隣接して配置される。接着パッド125は、上記半導体基板110が除去された領域である半導体基板除去領域190に隣接する上記配線領域120に配置されて上記配線122に接続されるとともに外部との接続のための接続部(ボンディングワイヤ90)が接着される。上記半導体基板除去領域190は、上記接着パッド125及び上記接続部(ボンディングワイヤ90)の接着強度の測定のための領域を含む。これにより、接着パッド125及び接続部(ボンディングワイヤ90)の接着強度を測定することができる。
また、上記半導体基板除去領域190は、上記接着強度の測定のために上記接続部(ボンディングワイヤ90)を押動して剪断する試験器具500を配置する領域を含んでもよい。これにより、試験器具500による接着強度の測定を行うことができる。
また、上記半導体基板除去領域190は、上記接着強度の測定のために押動された上記接続部(ボンディングワイヤ90)が移動する領域を含んでもよい。これにより、接着強度の測定のために接続部(ボンディングワイヤ90)を剪断することができる。
また、上記半導体基板除去領域190の近傍に配置されて上記半導体基板110を貫通する形状の絶縁物により構成される貫通絶縁部119をさらに有してもよい。これにより、半導体基板110の側面を絶縁することができる。
また、上記半導体基板110の上記半導体基板除去領域190に隣接する面に配置される絶縁膜153をさらに有してもよい。これにより、半導体基板110の側面を絶縁することができる。
また、上記半導体基板除去領域190は、上記半導体基板110の端部が除去された領域であってもよい。これにより、製造工程において、ウェハ上に隣接して配置される撮像素子1との間において半導体基板除去領域190を共通に形成することができる。
また、上記配線領域120の端部に沿って配置される配線領域保護部(ガードリング126)をさらに有してもよい。これにより、配線領域120の端部を保護することができる。
また、上記配線領域保護部(ガードリング126)は、上記配線領域120の上記半導体基板除去領域190に隣接する面に対して埋設された金属部材により構成されてもよい。これにより、金属部材により配線領域120の端部を保護することができる。
また、上記配線領域120は、上記接着パッド125が複数配置され、上記半導体基板除去領域190は、隣接する上記接着パッド125の間の領域であってもよい。これにより、接着強度の測定の際の試験器具500の移動方向を1方向に限定することができる。
また、上記接着パッドは、上記半導体基板110に積層される第2の半導体基板(半導体基板210)の配線領域220bに配置されてもよい。これにより、複数の半導体基板が積層されて構成される半導体素子の接着パッド225及び接続部(ボンディングワイヤ90)の接着強度を測定することができる。
という作用をもたらす。
また、上記第2の半導体基板(半導体基板210)に形成されて上記接続部(ボンディングワイヤ90)を上記接着パッド225に接着するための開口部272をさらに有してもよい。これにより、開口部272を介した接続部(ボンディングワイヤ90)の接着を行うことができる。
また、上記第2の半導体基板(半導体基板210)の上記開口部272の近傍に配置されて上記第2の半導体基板(半導体基板210)を貫通する形状の絶縁物により構成される貫通絶縁部218をさらに有してもよい。これにより、第2の半導体基板(半導体基板210)の開口部272の壁面を絶縁することができる。
また、上記素子は、入射光の光電変換を行う光電変換部であってもよい。これにより、入射光の光電変換を行う撮像素子1の接着パッド125及び接続部(ボンディングワイヤ90)の接着強度を測定することができる。
また、半導体装置(撮像装置1000)は、半導体基板110と、接着パッド125と、処理回路(画像処理部1003)とを有する。半導体基板110は、素子が形成されるとともに上記素子の信号を伝達する配線122を有する配線領域120が隣接して配置される。接着パッド125は、上記半導体基板110が除去された領域である半導体基板除去領域190に隣接する上記配線領域120に配置されて上記配線122に接続されるとともに外部との接続のための接続部(ボンディングワイヤ90)が接着される。処理回路(画像処理部1003)は、上記伝達される信号を処理する。上記半導体基板除去領域190は、上記接着パッド125及び上記接続部(ボンディングワイヤ90)の接着強度の測定のための領域を含む。これにより、接着パッド125及び接続部(ボンディングワイヤ90)の接着強度を測定することができる。
また、半導体素子(撮像素子1)の製造方法は、素子が形成された半導体基板110に上記素子の信号を伝達する配線122及び上記配線122に接続されるとともに外部との接続のための接続部(ボンディングワイヤ90)が接着される接着パッド125を備える配線領域120を配置する工程と、上記接着パッド125の近傍の領域の上記半導体基板110を除去する工程と、を含み、上記半導体基板110を除去する工程は、上記接着パッド125及び上記接続部(ボンディングワイヤ90)の接着強度の測定のための領域を含む上記領域を除去する半導体素子(撮像素子1)の製造方法である。これにより、接着パッド125及び接続部(ボンディングワイヤ90)の接着強度を測定することができる。
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものでは無く、また他の効果があってもよい。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
素子が形成されるとともに前記素子の信号を伝達する配線を有する配線領域が隣接して配置される半導体基板と、
前記半導体基板が除去された領域である半導体基板除去領域に隣接する前記配線領域に配置されて前記配線に接続されるとともに外部との接続のための接続部が接着される接着パッドと
を有し、
前記半導体基板除去領域は、前記接着パッド及び前記接続部の接着強度の測定のための領域を含む
半導体素子。
(2)
前記半導体基板除去領域は、前記接着強度の測定のために前記接続部を押動して剪断する器具を配置する領域を含む前記(1)に記載の半導体素子。
(3)
前記半導体基板除去領域は、前記接着強度の測定のために押動された前記接続部が移動する領域を含む前記(1)に記載の半導体素子。
(4)
前記半導体基板除去領域の近傍に配置されて前記半導体基板を貫通する形状の絶縁物により構成される貫通絶縁部をさらに有する前記(1)から(3)の何れかに記載の半導体素子。
(5)
前記半導体基板の前記半導体基板除去領域に隣接する面に配置される絶縁膜をさらに有する前記(1)から(4)の何れかに記載の半導体素子。
(6)
前記半導体基板除去領域は、前記半導体基板の端部が除去された領域である前記(1)から(5)の何れかに記載の半導体素子。
(7)
前記配線領域の端部に沿って配置される配線領域保護部をさらに有する前記(6)に記載の半導体素子。
(8)
前記配線領域保護部は、前記配線領域の前記半導体基板除去領域に隣接する面に対して埋設された金属部材により構成される前記(7)に記載の半導体素子。
(9)
前記配線領域は、前記接着パッドが複数配置され、
前記半導体基板除去領域は、隣接する前記接着パッドの間の領域である
前記(1)から(5)の何れかに記載の半導体素子。
(10)
前記接着パッドは、前記半導体基板に積層される第2の半導体基板の配線領域に配置される前記(1)から(9)の何れかに記載の半導体素子。
(11)
前記第2の半導体基板に形成されて前記接続部を前記接着パッドに接着するための開口部をさらに有する前記(10)に記載の半導体素子。
(12)
前記第2の半導体基板の前記開口部の近傍に配置されて前記第2の半導体基板を貫通する形状の絶縁物により構成される貫通絶縁部をさらに有する前記(11)に記載の半導体素子。
(13)
前記素子は、入射光の光電変換を行う光電変換部である前記(1)から(12)の何れかに記載の半導体素子。
(14)
素子が形成されるとともに前記素子の信号を伝達する配線を有する配線領域が隣接して配置される半導体基板と、
前記半導体基板が除去された領域である半導体基板除去領域に隣接する前記配線領域に配置されて前記配線に接続されるとともに外部との接続のための接続部が接着される接着パッドと、
前記伝達される信号を処理する処理回路と
を有し、
前記半導体基板除去領域は、前記接着パッド及び前記接続部の接着強度の測定のための領域を含む
半導体装置。
(15)
素子が形成された半導体基板に前記素子の信号を伝達する配線及び前記配線に接続されるとともに外部との接続のための接続部が接着される接着パッドを備える配線領域を配置する工程と、
前記接着パッドの近傍の領域の前記半導体基板を除去する工程と、
を含み、
前記半導体基板を除去する工程は、前記接着パッド及び前記接続部の接着強度の測定のための領域を含む前記領域を除去する
半導体素子の製造方法。
1、1001 撮像素子
10 画素アレイ部
30 カラム信号処理部
90 ボンディングワイヤ
91 接着部
100 画素
110、210、310 半導体基板
119、218、219 貫通絶縁部
120、220a、220b、320 配線領域
121、221、221a、221b、321 絶縁層
122、222a、222b、322 配線
123 ビアプラグ
124 コンタクトプラグ
125、225 接着パッド
126 ガードリング
152 保護膜
153 絶縁膜
160 支持基板
171、271、272 開口部
190 半導体基板除去領域
191、192 領域
500 試験器具
1000 撮像装置

Claims (11)

  1. 素子が形成される半導体基板と、
    前記半導体基板に隣接して配置されて前記素子の信号を伝達する配線及び絶縁層を有する配線領域と、
    前記配線領域に配置されて前記配線に接続されるとともに外部との接続のための接続部が接着される複数の接着パッドと
    複数の前記接着パッド毎に配置されて前記半導体基板を貫通するとともに底部が前記接着パッドに隣接する領域を含み、前記半導体基板の端部に接する形状の開口部により構成される半導体基板除去領域
    を有し、
    前記半導体基板除去領域は、前記接着パッド及び前記接続部の接着強度の測定のための領域を含む
    半導体素子。
  2. 前記半導体基板除去領域は、前記接着強度の測定のために前記接続部を押動して剪断する器具を配置する領域を含む請求項1に記載の半導体素子。
  3. 前記半導体基板除去領域は、前記接着強度の測定のために押動された前記接続部が移動する領域を含む請求項1に記載の半導体素子。
  4. 前記半導体基板除去領域の近傍に配置されて前記半導体基板を貫通する形状の絶縁物により構成される貫通絶縁部をさらに有する請求項1に記載の半導体素子。
  5. 前記半導体基板の前記半導体基板除去領域に隣接する面に配置される絶縁膜をさらに有する請求項1に記載の半導体素子。
  6. 前記配線領域の端部に沿って配置される前記配線領域に埋設された金属部材により構成される配線領域保護部をさらに有する請求項に記載の半導体素子。
  7. 複数の前記半導体基板除去領域は、3つの側壁を有する形状に構成される請求項1に記載の半導体素子。
  8. 前記半導体基板に積層される第2の半導体基板をさらに有する請求項1に記載の半導体素子。
  9. 前記素子は、入射光の光電変換を行う光電変換部である請求項1に記載の半導体素子。
  10. 素子が形成される半導体基板と、
    前記半導体基板に隣接して配置されて前記素子の信号を伝達する配線及び絶縁層を有する配線領域と、
    前記配線領域に配置されて前記配線に接続されるとともに外部との接続のための接続部が接着される複数の接着パッドと
    複数の前記接着パッド毎に配置されて前記半導体基板を貫通するとともに底部が前記接着パッドに隣接する領域を含み、前記半導体基板の端部に接する形状の開口部により構成される半導体基板除去領域と、
    前記伝達される信号を処理する処理回路と
    を有し、
    前記半導体基板除去領域は、前記接着パッド及び前記接続部の接着強度の測定のための領域を含む
    半導体装置。
  11. 素子が形成された半導体基板に前記素子の信号を伝達する配線、絶縁層及び前記配線に接続されるとともに外部との接続のための接続部が接着される複数の接着パッドを備える配線領域を隣接して配置する工程と、
    複数の前記接着パッド毎に配置されて前記半導体基板を貫通するとともに底部が前記接着パッドに隣接する領域と前記接着パッド及び前記接続部の接着強度の測定のための領域とを含み、前記半導体基板の端部に接する形状の開口部を前記半導体基板に形成する工程
    を含む半導体素子の製造方法。
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