(57)【要約】  本発明に係る半導体装置の製造方法は、光透過性を有する第一基板と、一面に機能素子を備えた第二基板とを、前記機能素子が前記第一基板と対向するように貼り合わせる、貼り合わせ工程と；前記第一基板及び前記第二基板の少なくとも一方を薄板化する、薄板化工程と；前記第一基板と前記第二基板の貼り合せ部の少なくとも一部に、キャビティ及びこのキャビティに連通する貫通孔を形成する、貫通孔形成工程と；を備える。本発明によると、キャビティの有無による研削後の凹凸やクラックの発生を回避して、基板をより均一に薄板化することが可能である。また、デバイス及びそれらが搭載される電子機器の小型化に貢献できる半導体装置を、より簡便な工程で製造可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性を有する第一基板と、一面に機能素子を備えた第二基板とを、前記機能素子が前記第一基板と対向するように貼り合わせる、貼り合わせ工程と；
前記第一基板及び前記第二基板の少なくとも一方を薄板化する、薄板化工程と；
前記第一基板と前記第二基板の貼り合せ部の少なくとも一部に、キャビティ及びこのキャビティに連通する貫通孔を形成する、貫通孔形成工程と；を備える半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記貼り合わせ工程において、前記第一基板と前記第二基板とを、貼り合わせ部分に感光性樹脂を供給し、この感光性樹脂を露光して硬化させることによって貼り合わせ；
前記貫通孔形成工程において、硬化後の前記感光性樹脂の所定部分を除去することによって前記キャビティを形成する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記貫通孔形成工程において、前記第一基板の所定位置にレーザー光を照射して改質部を形成し、この改質部を除去することによって、前記キャビティを形成する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記貫通孔形成工程の後に、前記キャビティを気密封止する封止部を形成する、封止部形成工程を、さらに備える請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
光透過性を有する第一基板と；
一面に機能素子を備え、この機能素子が前記第一基板と対向するように貼り合わされた第二基板と；
前記第一基板と前記第二基板の貼り合せ部であって前記機能素子に対応する部分に配されたキャビティと；
このキャビティに連通して配された貫通孔と；を備える半導体装置。
【請求項６】
前記機能素子は、撮像素子である請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記機能素子は、圧力センサ素子である請求項５に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）デバイス等のパッケージの小型化、薄型化を可能とする半導体装置及びその製造方法に関する。
本願は、２００７年１２月２５日に出願された日本国特許出願第２００７−３３１６９５号に対し優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話など電子機器の小型化、高機能化に伴い、それらに使われる電子デバイス等にも更なる小型化が要求されている。これを実現するためには、デバイス自身の小型化だけでなく、デバイスのパッケージにも小型化、高機能化に向けた技術開発が必須となっている。デバイスのパッケージを小型化する技術の一つとして、ウエハレベルパッケージ技術を駆使した各種デバイスパッケージが提案されており、ＭＥＭＳデバイスやイメージセンサヘの応用が期待されている（例えば、非特許文献１参照）。【０００３】
ＭＥＭＳデバイスやイメージセンサデバイスのパッケージにおいては、微小機械の駆動スペースやマイクロレンズの収納スペースを確保するため、ある大きさのキャビティ（空間）を確保する必要がある。【０００４】
従来、ウエハレベルパッケージにおいてキャビティを形成する方法として、予めパターニングされた感光性樹脂を接着剤として用いることにより、基板貼り合わせ後、樹脂のない部分がキャビティを形成するといった方法が提案されている（非特許文献２参照）。【０００５】
しかしながら、この方法を用いたウエハレベルパッケージの作製では、既にキャビティが形成された、貼り合わせ後の基板を研削して薄板化を実施するため、キャビティがある部分とない部分とで研削時の加重の加わり方が異なり、研削後の基板表面には、キャビティの有無に対応したパターンで凹凸が発生したり、場合によっては基板にクラックが発生するといった問題が生じていた。これにより基板の薄板化には限界があった。
【非特許文献１】伊藤達也、「電子材料」２００７年１月号、p.６０-６４
【非特許文献２】S.Yamamoto他、ＩＣＥＰ２００６予稿集、p.２５９-２６４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、キャビティの有無による研削後の凹凸やクラックの発生を回避して、基板をより均一に薄板化することが可能であり、デバイス及びそれらが搭載される電子機器の小型化に貢献できる半導体装置を、より簡便な工程で製造可能な、半導体装置の製造方法を提供することを第一の目的とする。【０００７】
また、本発明は、キャビティの有無による凹凸やクラックの発生が回避されて、基板がより均一に薄板化されており、デバイス及びそれらが搭載される電子機器の小型化に貢献できる半導体装置の提供を第二の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、光透過性を有する第一基板と、一面に機能素子を備えた第二基板とを、前記機能素子が前記第一基板と対向するように貼り合わせる、貼り合わせ工程と；前記第一基板及び前記第二基板の少なくとも一方を薄板化する、薄板化工程と；前記第一基板と前記第二基板の貼り合せ部の少なくとも一部に、キャビティ及びこのキャビティに連通する貫通孔を形成する貫通孔形成工程と；を備える。
本発明の半導体装置の製造方法では、前記貼り合わせ工程において、前記第一基板と前記第二基板とを、貼り合わせ部分に感光性樹脂を供給し、この感光性樹脂を露光して硬化させることによって貼り合わせ；前記貫通孔形成工程において、硬化後の前記感光性樹脂の所定部分を除去することによって前記キャビティを形成することが望ましい。
本発明の半導体装置の製造方法では、前記貫通孔形成工程において、前記第一基板の所定位置にレーザー光を照射して改質部を形成し、この改質部を除去することによって、前記キャビティを形成することが望ましい。
本発明の半導体装置の製造方法において、前記工程貫通孔形成の後に、前記キャビティを気密封止する封止部を形成する封止部形成工程を、さらに備えることが望ましい。
本発明に係る半導体装置は、光透過性を有する第一基板と；一面に機能素子を備え、この機能素子が前記第一基板と対向するように貼り合わされた第二基板と；前記第一基板と前記第二基板の貼り合せ部であって前記機能素子に対応する部分に配されたキャビティと；このキャビティに連通して配された貫通孔と；を備える。
本発明の半導体装置において、前記機能素子は、撮像素子であることが望ましい。
本発明の半導体装置において、前記機能素子は、圧力センサ素子であることが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、第一基板と第二基板とを貼り合わせた後に、少なくとも一方の基板を薄板化し、その後にキャビティを形成している。これにより、キャビティの有無による研削後の凹凸やクラックの発生を回避することができ、より均一で薄いウエハの研削が可能となる。これにより、従来よりもパッケージの厚さをより薄くすることが可能となる。その結果、本発明ではデバイス及びそれらが搭載される電子機器の小型化に貢献できる半導体装置を、より簡便な工程で製造可能な、半導体装置の製造方法を提供することができる。【００１０】
また、本発明では、キャビティの有無による凹凸やクラックの発生が回避されて、基板がより均一に薄板化されている。これによりデバイス及びそれらが搭載される電子機器の小型化に貢献できる半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明に係る半導体装置の一例を示す断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図１に示す半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１に示す半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、図１に示す半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２Ｄ】図２Ｄは、図１に示す半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図２Ｅ】図２Ｅは、図１に示す半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図３】図３は、本発明に係る半導体装置の他の一例を示す模式的断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、図３に示す半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、図３に示す半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図３に示す半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４Ｄ】図４Ｄは、図３に示す半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４Ｅ】図４Ｅは、図３に示す半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。
【符号の説明】
【００１２】
１Ａ，１Ｂ（１）    半導体装置
１１，２１    第一基板
１２，２２    第二基板
１３，２３    機能素子
１４    感光性樹脂
１５，２４    キャビティ
１６，２５    貫通孔
１７，２６    封止部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る半導体装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。【００１４】
＜第一実施形態＞
まず、本発明の第一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の半導体装置の一例を示す模式的断面図である。
この半導体装置１Ａ（１）は、光透過性を有する第一基板１１と、一面に機能素子１３を備え、この機能素子１３が前記第一基板１１と対向するように第一基板１１と貼り合わせられてなる第二基板１２と、前記第一基板１１と前記第二基板１２の貼り合せ部であって前記機能素子１３に対応する部分に配されたキャビティ１５と、このキャビティ１５に連通して配された貫通孔１６と、キャビティ１５及び貫通孔１６を封止する封止部１７と、を備えている。
この半導体装置１Ａでは、第一基板１１と第二基板１２とは、感光性樹脂１４によって貼り合わせられている。【００１５】
本発明の半導体装置１Ａは、キャビティの有無による凹凸やクラックの発生が回避されて、基板がより均一に薄板化されている。これによりデバイス及びそれらが搭載される電子機器の小型化に貢献することができる。【００１６】
第一基板１１としては、特に限定されないが、好適なものとしては、ガラス、シリコン等の半導体、サファイア等の単結晶、樹脂、又はこれらの複合材からなる透明基板が例示できる。特に、半導体装置１Ａをイメージセンサパッケージにも適用できるように、第一基板１１は、可視領域において透明なガラス基板（例えばパイレックス（登録商標）製）を用いることが好ましい。第一基板１１の厚さも特に限定されないが、例えば１５０μｍ〜１ｍｍ程度が好適である。【００１７】
第二基板１２は、例えば半導体基板からなる。半導体基板としては、シリコンウエハ等の半導体ウエハでもよく、半導体ウエハをチップ寸法に切断（ダイシング）した半導体チップであってもよい。【００１８】
また、第二基板１２の表面には機能素子１３が実装されている。この第二基板１２においては、特に図示はしないが、機能素子１３を外部の電子回路等と導通させるためのホウ素（ボロン）の拡散層や、第二基板１２の表面と裏面に貫通して設けられる貫通電極などが設けられている。【００１９】
機能素子１３は、本実施形態では、例えばＣＣＤ素子等の撮像素子又は圧力センサ素子である。
また、機能素子１３の他の例としては、例えばＩＣチップ、光素子、マイクロリレー、マイクロスイッチ、加速度センサ、高周波フィルタ、マイクロミラー、マイクロリアクター、μ−ＴＡＳ、ＤＮＡチップ、ＭＥＭＳデバイス、マイクロ燃料電池等を用いることができる。【００２０】
次に、このような半導体装置１Ａの製造方法について説明する。
本発明の半導体装置の製造方法は、光透過性を有する第一基板１１と、一面に機能素子１３を備えた第二基板１２とを、この機能素子１３が第一基板１１と対向するように貼り合わせる工程αと、前記第一基板１１及び前記第二基板１２の少なくとも一方（ここでは第二基板１２）を薄板化する工程βと、前記第一基板１１と前記第二基板１２の貼り合せ部の少なくとも一部に、キャビティ１５及びこのキャビティ１５に連通する貫通孔１６を形成する工程γと、を順に備える。【００２１】
本発明では、第一基板１１と第二基板１２とを貼り合わせた後に、一方の基板を薄板化し、その後にキャビティ１５を形成している。これにより、キャビティ１５の有無による研削後の凹凸やクラックの発生を回避することができ、より均一で薄い基板の研削が可能となる。
これにより、従来よりもパッケージの厚さをより薄くすることが可能となる。その結果、本発明ではデバイス及びそれらが搭載される電子機器の小型化に貢献できる半導体装置を、より簡便な工程で製造可能である。
図２Ａ〜２Ｅは、本実施形態の製造方法において各工程を示す模式的断面図である。
以下、各工程について詳細に説明する。なお、以下の説明では、具体的な例を挙げて説明しているが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００２２】
（１）まず、図２Ａに示すように、光透過性を有する第一基板１１と、一面に機能素子１３を備えた第二基板１２とを、この機能素子１３が第一基板１１と対向するように貼り合わせる［工程α］。【００２３】
本実施形態では、第一基板１１と第二基板１２とを、貼り合わせ部分に感光性樹脂１４を供給し、後工程で露光、硬化させることにより貼り合わせる。
第一基板１１としては、イメージセンサパッケージにも適用できるように可視領域において透明なガラス基板(パイレックス（登録商標）、４インチ、厚さ５００μｍ)を用いた。
第二基板１２としては、一面に機能素子１３としてＭＥＭＳデバイスやイメージセンサを配したＳｉ基板 (４インチ、厚さ５２５μｍ)を用いた。
なお、第一基板１１には、キャビティ１５が形成される箇所に予め貫通孔１６が１本形成されている。【００２４】
感光性樹脂１４としては、特に限定されるものではないが、例えばポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等を用いることができる。
樹脂の塗布方法は特に限定されるものでないが、例えばスタンピング、ディスペンス、スピンコート、スプレーコート等の手法を用いることが可能である。
ここでは感光性樹脂１４として、露光された箇所が硬化するネガタイプのものを用いた。【００２５】
（２）次に、図２Ｂに示すように、前記第一基板１１及び前記第二基板１２の少なくとも一方を薄板化する［工程β］。
第一基板１１と第二基板１２とを貼り合せた後、第二基板１２の研削をおこない薄板化する。本実施例においては、第二基板１２（Ｓｉ基板）を機械的に研削した後、ポリッシュ加工をおこない、第二基板１２の厚さが１００μｍとなるようにした。【００２６】
（３）次に、図２Ｃに示すように、前記第一基板１１と前記第二基板１２の貼り合せ部の少なくとも一部に、キャビティ１５を形成する［工程γ］。これにより、予め形成された貫通孔１６は、キャビティ１５に連通した状態になる。
ここで、本実施形態においては、硬化後の感光性樹脂１４の所定部分を除去することによって前記キャビティ１５を形成する。【００２７】
まず、感光性樹脂１４に対して第一基板１１側から光を照射し露光して硬化させる。この際、キャビティ１５を形成したい箇所の感光性樹脂１４を非露光とし（図中に非露光部１４ａとして示す）、後工程において薬液により除去している。これによりこの箇所をキャビティ１５とすることができる。なお、第一基板１１側から光を照射するのは、第一基板１１がガラスからなるため、光が透過し感光性樹脂１４の露光ができるからである。【００２８】
次に、図２Ｄに示すように、非露光部１４ａの樹脂を薬液により除去し、キャビティ１５を形成する。この際、非露光部１４ａへの薬液の導入には、第一基板１１に形成した貫通孔１６を用いた。この貫通孔１６は、予め第一基板１１に形成されていても良く、また、基板貼り合せ後に新たに形成しても良い。【００２９】
（５）その後、図２Ｅに示すように前記キャビティ１５を気密封止する封止部１７を形成する［工程δ］。
キャビティ１５の形成後、上記貫通孔１６を低融点ガラスや樹脂などからなる封止部１７により閉塞してもよい。これによりキャビディ１５を気密封止することができる。また、研削により薄板化されたキャビティ１５上の第二基板１２を、可撓性のあるダイアフラムとして利用することもでき、圧力のセンシングなど新たな機能を付加することもできる。
以上のようにして図１に示したような半導体装置１Ａが得られる。【００３０】
このようにして得られる半導体装置１Ａでは、キャビティの有無による凹凸やクラックの発生が回避されて、基板がより均一に薄板化されている、これによりデバイス及びそれらが搭載される電子機器の小型化に貢献することができる。【００３１】
なお、第二基板１２と第一基板１１は、本実施例以外の組み合わせでもよく、パイレックス（登録商標）基板同士、あるいは他のガラスとＳｉウエハなどでも構わない。また、その厚さも１５０μｍ〜１ｍｍ程度まで適宜設定できる。感光性樹脂１４についても、露光部が薬液により除去されるようなポジ型の樹脂でも良い。更に、薬液導入のための貫通孔１６の本数も複数本あっても良い。【００３２】
＜第二実施形態＞
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
図３は、本実施形態の半導体装置の一例を示す模式的断面図である。
この半導体装置１Ｂ（１）は、光透過性を有する第一基板２１と、一面に機能素子２３を備え、この機能素子２３が前記第一基板２１と対向するように第一基板２１と貼り合わせられてなる第二基板２２と、前記第一基板２１と前記第二基板２２の貼り合せ部であって前記機能素子２３に対応する部分に配されたキャビティ２４と、このキャビティ２４に連通して配された貫通孔２５と、キャビティ２４及び貫通孔２５を封止する封止部２６と、を備えている。【００３３】
本発明の半導体装置１Ｂは、キャビティ２４の有無による凹凸やクラックの発生が回避されて、基板がより均一に薄板化されている、これによりデバイス及びそれらが搭載される電子機器の小型化に貢献することができる。
第一基板２１、第二基板２２及び機能素子２３は、それぞれ上述した第一基板１１、第二基板２２及び機能素子１３と同様のものを用いることができる。【００３４】
次に、このような半導体装置１Ｂの製造方法について説明する。
本発明の半導体装置の製造方法は、光透過性を有する第一基板２１と、一面に機能素子２３を備えた第二基板２２とを、この機能素子２３が第一基板２１と対向するように貼り合わせる工程αと、前記第一基板２１及び第二基板２２の少なくとも一方（ここでは第二基板２２）を薄板化する工程βと、前記第一基板２１と前記第二基板２２の貼り合せ部の少なくとも一部に、キャビティ２４及びこのキャビティ２４に連通する貫通孔２５を形成する工程γと、を順に備える。【００３５】
本発明では、第一基板２１と第二基板２２とを貼り合わせた後に、一方の基板を薄板化し、その後にキャビティ２４を形成している。これにより、キャビティ２４の有無による研削後の凹凸やクラックの発生を回避することができ、より均一で薄いウエハの研削が可能となる。これにより、従来よりもパッケージの厚さをより薄くすることが可能となる。
その結果、本発明ではデバイス及びそれらが搭載される電子機器の小型化に貢献できる半導体装置を、より簡便な工程で製造可能である。
図４Ａ〜４Ｅは、本実施形態の製造方法において各工程を示す模式的断面図である。
以下、各工程について詳細に説明する。なお、以下の説明では、具体的な例を挙げて説明しているが、本発明はこれらに限定されるものではない。【００３６】
（１）まず、図４Ａに示すように、光透過性を有する第一基板２１と、一面に機能素子２３を備えた第二基板２２とを、この機能素子２３が第一基板２１と対向するように貼り合わせる［工程α］。
まず、第二基板２２と第一基板２１を貼り合せる。本実施例においては、第一基板２１としてパイレックス（登録商標）ガラス基板（４インチ、厚さ５００μｍ）を用い、第二基板２２として一面に機能素子２３としてＭＥＭＳデバイスやイメージセンサを配したＳｉ基板 (４インチ、厚さ５２５μｍ)を用い、陽極接合により両者を貼り合せた。【００３７】
（２）次に、図４Ｂに示すように、前記第一基板２１及び前記第二基板２２の少なくとも一方を薄板化する［工程β］。
第一基板２１と第二基板２２の貼り合せ後、第二基板２２の研削を行い薄板化する。本実施例においては、第二基板２２を機械的に研削した後、ポリッシュ加工をおこない、第二基板２２の厚さが１００μｍとなるようにした。【００３８】
（３）次に、図４Ｃに示すように、前記第一基板２１と前記第二基板２２の貼り合せ部の少なくとも一部に、キャビティ２４及びこのキャビティ２４に連通する貫通孔２５を形成する［工程γ］。
ここで本実施形態では、前記第一基板２１の所定位置にレーザー光Ｌを照射して改質部２１ａ，２１ｂを形成し、この改質部２１ａ，２１ｂを除去することによって、貫通孔２５及びキャビティ２４をそれぞれ形成する。【００３９】
第一基板２１と第二基板２２との接合界面付近をレーザー光Ｌにより改質する。本実施例においては、初めに第一基板２１、つまりパイレックス（登録商標）ガラスの表面から垂直方向に改質部２１ａを形成し、次いで接合界面付近のパイレックス（登録商標）ガラスを、形成したいキャビティ２４の大きさに対応するように改質して改質部２１ｂを形成した。本実施例においては、レーザー光Ｌとしてフェムト秒レーザー（平均出力:８００ｍＷ、パルス幅:２５０ｆｓ、繰返し周波数:２ｋＨｚ、波長:８００ｎｍ）を用い、パイレックス（登録商標）ガラス内部に集光照射することにより改質部２１ａ，２１ｂを形成した。【００４０】
さらに、図４Ｄに示すように、改質部２１ａ，２１ｂを薬液によりエッチングし、キャビティ２４及び貫通孔２５を形成する。ここで改質部２１ａ，２１ｂは、改質されていない部分に比べて早くエッチングされるため、結果としてキャビティ２４及び貫通孔２５をそれぞれ形成することができる。【００４１】
（５）その後、図４Ｅに示すように前記キャビティ２４を気密封止する封止部２６を形成する［工程δ］。
キャビティ２４の形成後、上記貫通孔２５を低融点ガラスや樹脂などからなる封止部２６により閉塞してもよい。これによりキャビディ２４を気密封止することができる。また、研削により薄板化されたキャビティ２４上の第一基板２１を、可撓性のあるダイアフラムとして利用することもでき、圧力のセンシングなど新たな機能を付加することもできる。
以上のようにして図３に示したような半導体装置１Ｂが得られる。【００４２】
このようにして得られる半導体装置１Ｂでは、キャビティの有無による凹凸やクラックの発生が回避されて、基板がより均一に薄板化されている。これによりデバイス及びそれらが搭載される電子機器の小型化に貢献することができる。【００４３】
なお、第一基板２１と第二基板２２は、本実施例以外の組み合わせでもよく、パイレックス（登録商標）基板同士、あるいは他のガラスとＳｉウエハなどでも構わない。その場合、レーザー光Ｌの波長は、この基板を透過できるように適宜設定される。また、その厚さも１５０μｍ〜１ｍｍ程度まで適宜設定できる。接合方法についても、陽極接合に限定されるものではなく、常温接合や接着剤を用いても良い。更に縦方向の改質部を複数本としても良い。【００４４】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、キャビティを有する半導体装置及びその製造方法について、広く適用可能である。
【図１】
2009081763.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【国際調査報告】
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2009081763.tif 000016