半导体基板、半导体装置、摄像元件及摄像装置的制造方法_2

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的外形,由将第I基板12 (半导体基板)和第2基板11 (被接合部件)粘贴而形成的层叠型的半导体装置构成。
[0056]在面向装置外侧的第I基板12的表面即第I表面12b的中心部,相互隔开间隔地形成受光部P,受光部P由与光电转换的像素对应的多个光电二极管构成。在本实施方式中,受光部P被配置成二维格子状,具有与固体摄像元件3的俯视观察的外形的长边(沿图2A中的图示横向延伸的边)、短边(沿图2A中的图示纵向延伸的边)平行的排列方向。
[0057]另外,虽然因不易观察而被省略图示,但在各个受光部P上形成有片上滤色器和片上微镜,片上滤色器进行用于取得被摄体的像的入射光L(参照图2B)的分色,片上微镜将入射光L会聚在受光部P上。并且,在配置有受光部P的区域的外侧,根据需要,设置有用于遮挡有可能成为图像噪声的不需要的光的遮光膜。
[0058]如图2B所示,固体摄像元件3的厚度方向的截面结构是依次层叠第I基板12、接合层部13和第2基板11而成的。
[0059]如图2C所示,第I基板12具有基板主体12d(半导体基板主体)、和用于与第2基板11接合来进行电连接的多个接合电极12a。基板主体12d形成了具有电路部的半导体器件,该半导体器件通过半导体制造工艺在晶片基板上形成了扩散层以及单层或多层的布线。接合电极12a设置在基板主体12d的与第I表面12b相反侧的第2表面12c (半导体基板主体的第一面)上。
[0060]第2基板11具有基板主体Ild(半导体基板主体)、和用于与第I基板12接合来进行电连接的多个接合电极12a。基板主体Ild形成了具有电路部的半导体器件,该半导体器件通过半导体制造工艺在晶片基板上形成了扩散层以及单层或多层的布线。接合电极Ila设置在第I表面Ilc的与第I基板12的接合电极12a相对的位置处,与接合电极12a紧贴接合,第I表面Ilc是基板主体Ild在厚度方向上的一个面(第一面)。
[0061]对于基板主体lld,第I表面Ilc的反面侧的第2表面Ilb在固体摄像元件3中朝向装置外侧,构成了与第I表面12b相反侧的固体摄像元件3的表面。此外,第2表面12c和第I表面Ilc隔着接合层部13彼此相对。
[0062]作为形成于基板主体12d、lld的电路部,例如可列举包含布线、电极、电路要素的驱动电路等电路部的例子,以便传输在受光部P中产生的电荷并作为图像信号进行提取。
[0063]虽然省略图示,但各电路部被适当分配而配置在基板主体12d、lld上。
[0064]接合电极12a、Ila与分配到了这些基板主体12d、lld的省略图示的电路部的布线连接,从而将各电路部电连接。
[0065]如图2C所示,接合层部13形成在基板主体12d的第2表面12c与基板主体Ild的第I表面Ilc彼此相对而形成的间隙中。
[0066]接合层部13具有:设置于第2基板11的第I表面Ilc的接合电极Ila ;设置于第I基板12的第2表面12c的接合电极12a ;以及粘接剂层13a,其在填充到第I表面Ilc和第2表面12c之间的间隙中后被固化,将第2基板11和第I基板12彼此接合。
[0067]图3示出接合状态的接合电极11a、12a以及它们附近的示意性截面。但是,在图3的图示中,与图2C翻转了上下的位置关系。
[0068]在本实施方式中,接合电极11 a、12a分别从第I表面11 c、第2表面12c突出设置,在各自的突出方向的前端处彼此抵接。
[0069]接合电极12a容易由于接合时的加压力,进行塑性变形,从而使得突出高度变化。在图3中,示意性示出了接合电极12a的变形后的形状的一例。
[0070]接合电极Ila构成层状的接合焊盘,如图3详细示出那样,接合电极Ila作为比接合电极12a的前端部宽的大小的金属层,形成在第2表面Ilb上。
[0071]接合电极Ila的材质可以采用在半导体基板的电极中使用的适当的金属,例如由招、金、银、铜、银、销、妈、钛等构成的金属。
[0072]另外,在本说明书中,只要没有特别说明,“金属”作为广义使用,包含由金属元素构成的纯金属、包含多个金属元素的具有导电性的合金。因此,例如在简称作“铝”的情况下,只要没有特别说明,则意味着既可以是纯铝,也可以是铝合金。
[0073]在接合电极Ila的下层侧(图3中的图示上侧)附近的基板主体Ild的内部,设置有布线部17(布线),布线部17构成基板主体Ild的省略图示的电路部的一部分。
[0074]布线部17具有:构图而成的布线主体17c ;以及将位于接合电极Ila的下层侧(图3中的图示上侧)的布线主体17c和接合电极Ila电连接的多个柱状的连接部17a。
[0075]因此,连接部17a被设置成贯通层叠在接合电极Ila与布线主体17c之间的绝缘层He。
[0076]只要能够将接合电极Ila和布线主体17c电连接,则连接部17a的配置位置和个数没有特别限定。
[0077]布线主体17c、和连接部17a的材质均可以采用在半导体基板的布线中使用的适当的金属,例如由招、铜、妈等构成的金属。
[0078]并且,布线部17也可以是多层的。
[0079]接着,对于接合电极12a的结构,根据塑性变形前的形状进行说明。
[0080]如图4A、4B所示,接合电极12a是设置于第2表面12c的具有导电性的凸起部。在本实施方式中,接合电极12a由长方体状的第2金属部15、和第I金属部14的复合体构成,第2金属部15形成为底面15a紧贴在第2表面12c上,第I金属部14形成为从第2金属部15的外周侧的第2表面12c突出,覆盖第2金属部15的侧面15b和上表面15c。
[0081]因此,第I金属部14具有俯视观察呈矩形的布线连接部14b、和凸状部14a。布线连接部14b在突出方向的基端部,在包围第2金属部15的侧方的范围内,与第2表面12c紧贴。凸状部14a形成为在布线连接部14b上,呈比布线连接部14b的俯视观察的外形小的四棱柱状地突出。
[0082]在凸状部14a的突出方向的前端,形成有与第2表面12c大致平行的(包含平行的情况)俯视观察呈矩形的前端面14d。前端面14d是在与第2基板11接合时,与第2基板11的接合电极Ila抵接并进行接合的部位。
[0083]此外,第I金属部14的内壁部14c具有与第2金属部15的侧面15b和上表面15c紧贴的、有底的方孔状的形状。
[0084]作为第I金属部14、第2金属部15可使用的材料,可以采用可在半导体制造工艺中使用的适当的金属。
[0085]作为构成第I金属部14的第I金属,例如可以适当采用铝(HV25、熔点660°C )、金(HV26、熔点 1063 °C )、银(HV26、熔点 961 °C )、铜(HV46、熔点 1083 °C )、镍(HV96、熔点 1453°C )、铂(HV41、熔点 1769°C )、钨(HV100 ?350、熔点 3380°C )和钛(HV120、熔点16680C )。这里,HV表示维氏硬度。此外,熔点是纯金属的熔点。
[0086]作为构成第2金属部15的第2金属,采用第I金属部14可使用的金属中的、硬度比第I金属部14所使用的第I金属低的金属。
[0087]第2金属只要硬度比第I金属部14所使用的第I金属低,则还可以采用不适于作为第I金属那样的低硬度的金属。
[0088]此外,金属的硬度还由于热处理而改变,因此还可以使用与第I金属部14所使用的第I金属相同的金属作为第2金属。该情况下,形成了第2金属部15之后,进行用于降低硬度的热处理,然后形成第I金属部14,由此能够形成硬度不同的复合体。
[0089]作为第2金属的优选例,与第I金属同样,可列举招、金、银、铜、镍、铀、妈和钛。
[0090]作为第2金属所优选的低硬度的金属,例如可列举铟(熔点157°C )、锡(熔点2310C )、锡焊料合金(熔点231°C )。
[0091]这些低硬度金属的维氏硬度还根据温度而不同,还可以与适于作为上述第I金属的任何金属组进行组合。
[0092]作为第I金属部14和第2金属部15的材料的组合例,例如在采用了铝作为第2金属的情况下,第I金属可以从金、银、铜、镍和钨中选择出。其中,特别优选的是金或铜。
[0093]在采用了金作为第2金属的情况下,第I金属可以采用从银、铜、镍和钨中选择出的金属。其中,特别优选的是铜。
[0094]在采用了铟作为第2金属的情况下,第I金属特别优选采用从金、铜和铝中选择出的金属。
[0095]将第I金属部14和第2金属部15的各部分的尺寸设为如下尺寸,使得作为它们的复合体的接合电极12a的硬度满足将第I基板12接合到第2基板11时所需的条件。
[0096]S卩,与以往同样地,接合电极12a的外形根据各接合电极12a的排列间隔、作为接合对方的接合电极Ila的大小、以及基板主体12d、lld之间的优选基板间隔等来确定。
[0097]并且,将接合电极12a的硬度设定为如下硬度,使得能够通过不使第2基板11和第I基板12的半导体器件等损伤的允许加压力,使接合电极12a塑性变形根据与第2基板11的接合时的制造误差偏差而确定的最大变形量。
[0098]这里,接合时的制造误差偏差例如可列举接合电极12a的突出高度的制
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