(57)【要約】【課題】  受光素子を搭載した裏面入射型の半導体装置及びその製造方法において、製造コストを増大させることなく当該性能の向上を図る。【解決手段】  受光素子１１及びそのパッド電極１３が形成された半導体基板１０の表面に、支持体１５を接着する。次に、支持体１５をエッチングして、支持体１５を貫通してパッド電極１３を露出するビアホール１６を形成する。そして、パッド電極１３と接続されビアホール１６を通して支持体１５の表面に延びる配線１７を形成する。最後に、ダイシングにより半導体基板１０を複数の半導体チップ１０Ａに分離する。この半導体装置は、支持体１５と回路基板３０とが対向するようにして実装される。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板と接続される半導体装置であって、
半導体チップの表面に形成され、当該半導体チップの裏面から入射する光を受光する受光素子と、
前記受光素子と接続され前記半導体チップの表面に形成されたパッド電極と、
前記半導体チップの表面に形成された支持体と、
前記支持体を貫通して前記パッド電極の表面を露出するビアホールと、
前記パッド電極と接続され前記ビアホールを通して前記支持体の表面に延びる配線と、を有し、
前記回路基板と前記支持体に延びる配線とが対向して電気的に接続されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記受光素子は、ＣＣＤから成る撮像素子であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記配線は、導電性ペーストから成ることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体基板の裏面の一部上に、前記受光素子の受光領域以外を覆うようにして、遮光膜が形成されていることを特徴とする請求項１、２、３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体基板の裏面上に、特定の波長帯の光を透過するカラーフィルターが形成されていることを特徴とする請求項１、２、３、４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体基板の表面に形成され、当該半導体基板の裏面から入射する光を受光する受光素子を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記受光素子及びそのパッド電極が形成された半導体基板の表面に、支持体を接着する工程と、
前記支持体をエッチングして、当該支持体を貫通して前記パッド電極を露出するビアホールを形成する工程と、
前記パッド電極と接続され前記ビアホールを通して前記支持体の表面に延びる配線を形成する工程と、
ダイシングにより前記半導体基板を複数の半導体チップに分離する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体基板の表面に前記支持体を接着する工程の後、
前記半導体基板の裏面から入射する光を前記受光素子が感知し得る厚さに至るまで、当該半導体基板に対して裏面研削を行う工程を有することを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体基板に対して裏面研削を行う工程の後、
前記半導体基板の裏面の全面に対してウェットエッチングを行う工程を有することを特徴とする請求項７半導体装置の製造方法。
【請求項９】
受光素子及びそのパッド電極が形成された半導体基板の表面に、支持体を接着する工程と、
前記半導体基板の裏面から入射する光を前記受光素子が感知し得る厚さに至るまで、当該半導体基板に対して裏面研削を行う工程と、
前記半導体基板の裏面の全面に対してウェットエッチングを行う工程と、
前記支持体をエッチングして、当該支持体を貫通して前記パッド電極を露出するビアホールを形成する工程と、
前記パッド電極と接続され前記ビアホールを通して前記支持体の表面に延びる配線を形成する工程と、
ダイシングにより前記半導体基板を複数の半導体チップに分離する工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記受光素子は、ＣＣＤから成る撮像素子であることを特徴とする請求項６、７、８、９のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記配線は、導電性ペーストの印刷及びベークにより形成されることを特徴とする請求項６、７、８、９、１０のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体基板の裏面の一部上に、前記受光素子の受光領域以外を覆うようにして、遮光膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項６、７、８、９、１０、１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記半導体基板の裏面上に、特定の波長帯の光を透過するカラーフィルターを形成する工程を含むことを特徴とする請求項６、７、８、９、１０、１１、１２のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に、受光素子を搭載した裏面入射型の半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、受光素子を搭載した半導体装置において、半導体チップの受光素子の形成面とは反対側の主面から入射する光を検出する半導体装置が知られている。そのような半導体装置は、裏面入射型もしくは裏面照射型の半導体装置と呼ばれる。次に、裏面入射型の半導体装置の従来例に係る構成について、図面を参照して説明する。図１０は、従来例に係る半導体装置を説明する断面図である。
【０００３】
図１０に示すように、半導体チップ２１０の表面に、受光素子としてのＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）２１１及びそのパッド電極２１３が形成されている。半導体チップ２１０の裏面には、開口部２１０Ｈが形成されている。開口部２１０Ｈの底部はＣＣＤ２１１の形成領域と略同サイズであり、半導体チップ２１４が薄膜化されて成る薄膜部２１０Ｔとなっている。また、パッド電極２１３は、導電性のバンプ２１６を介して、支持体２１５に形成された外部接続用電極２１７と電気的に接続されている。パッド電極２１３と支持体２１５との空間は樹脂２１４によって埋められている。
【０００４】
そして、半導体チップ２１０は、パッケージ２１９に組み込まれる。パッケージ２１９には、半導体チップ２１０の開口部２１０Ｈと対向する側に、ガラス等から成る窓材２２０が設置されている。
【０００５】
ここで、外部接続用電極２１７は、ボンディングワイヤ２１８を介して、パッケージ２１９と接続される。この半導体装置では、窓材２２０から入射した光が半導体チップ２１０の薄膜部２１０Ｔを通してＣＣＤ２１１により検出される。
【０００６】
このような半導体装置によれば、光の入射面側（即ち半導体チップ２１０の裏面側）には、ＣＣＤ２１１に電気的に接続される信号読出し用の電極や電源配線が存在しないため、ＣＣＤ２１１の形成面である半導体チップ２１０の表面から入射する光を検出する場合に比して、受光効率を向上させることが可能となる。また、厚い膜厚を有した半導体チップを介した場合には検出されにくい紫外線、軟Ｘ線、電子線等のエネルギー線を、極力高感度に検出することが可能となる。
【０００７】
なお、本願に関連する技術文献としては、以下の特許文献が挙げられる。
【特許文献１】特開平１０−２２３８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した従来例に係る半導体装置の製造工程では、ＣＣＤ２１１の形成領域に対応する半導体基板の領域を例えば１０〜２０μｍ程度の厚さに至るまで研削して薄膜化する必要があった。しかしながら、この研削を均一に行うことは極めて困難であるため、当該研削により薄膜化された薄膜部２１０Ｔの裏面の面内均一性が低下していた。そのため、薄膜部２１０Ｔに入射する光が歪み、ＣＣＤの受光、即ち撮像の際に、撮像ムラが発生していた。即ち、半導体装置の性能が低下していた。また、このような半導体基板の局所的な薄膜化に係るコストは大きいため、半導体装置の製造コストが増大していた。
【０００９】
また、半導体装置の完成後では、半導体チップ２１０の薄膜部２１０Ｔの機械的強度が弱い。また、半導体チップ２１０と支持体２１５とを電気的に接続するバンプ２１６の接続強度も弱い。そのため、素子や電極の間の電気的な接続が不十分となり易く、結果として半導体装置の性能が低下していた。
【００１０】
そこで本発明は、受光素子を搭載した裏面入射型の半導体装置及びその製造方法において、製造コストを増大させることなく当該性能の向上を図る。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の半導体装置は、上記課題に鑑みて為されたものであり、回路基板と接続される半導体装置であって、以下の特徴を有するものである。即ち、本発明の半導体装置は、半導体チップの表面に形成され、当該半導体チップの裏面から入射する光を受光する受光素子と、受光素子と接続され半導体チップの表面に形成されたパッド電極と、半導体チップの表面に形成された支持体と、支持体を貫通してパッド電極の表面を露出するビアホールと、パッド電極と接続されビアホールを通して支持体の表面に延びる配線と、を有し、回路基板と支持体に延びる配線とが対向して電気的に接続されることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、受光素子及びそのパッド電極が形成された半導体基板の表面に、支持体を接着する工程と、半導体基板の裏面から入射する光を受光素子が感知し得る厚さに至るまで、当該半導体基板に対して裏面研削を行う工程と、半導体基板の裏面の全面に対してウェットエッチングを行う工程と、支持体をエッチングして、支持体を貫通してパッド電極を露出するビアホールを形成する工程と、パッド電極と接続されビアホールを通して支持体の表面に延びる配線を形成する工程と、ダイシングにより半導体基板を複数の半導体チップに分離する工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、受光素子を搭載した裏面入射型の半導体装置及びその製造方法において、製造コストを増大させることなく当該性能を向上させることが可能となる。
【００１４】
即ち、光の入射面である半導体チップの裏面の面内均一性を従来例に比して容易に向上させることが可能となり、極力正確な受光や撮像を行うことができる。また、半導体チップの全面が支持体によって支持されるため、半導体装置の機械的強度を従来例に比して向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の実施形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。本実施形態に係る半導体装置の製造方法は、例えば以下のように行われる。なお、図１乃至図８は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図である。また、図９は、本実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を説明する断面図である。
【００１６】
また、図１乃至図９は、後述するダイシング工程で分離される予定の隣接チップの境界（即ち不図示のダイシングライン近傍）における半導体基板の断面を示している。
【００１７】
最初に、図１に示すように、シリコン基板から成る半導体基板１０の表面に、受光素子として、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）等の受光素子が形成されている。このＣＣＤ１１は、特に限定されないが、いわゆるフレームトランスファー型ＣＣＤであることが好ましい。また、半導体基板１０の表面に、絶縁膜１２を介して、上記ＣＣＤ１１と接続されたパッド電極１３が形成されている。このパッド電極１３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム合金、もしくは銅（Ｃｕ）等の金属から成る。さらに、パッド電極１３上を含む絶縁膜１２上には、パッド電極１３を覆うようにして、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）から成る不図示のパッシベーション層が形成されている。
【００１８】
そして、このような半導体基板１０の表面に、例えばエポキシ樹脂から成る樹脂層１４を介して、基板状もしくはテープ状の支持体１５を接着する。この支持体１５は、半導体基板１０を支持すると共に、半導体基板１０を保護する機能を有するものであれば特に限定されないが、例えばガラス基板であることが好ましい。支持体１５がガラス基板である場合、当該支持体１５は、例えば約１００〜４００μｍの厚さに形成される。
【００１９】
次に、図２に示すように、この支持体１５が接着された状態で、半導体基板１０の裏面研削（即ちいわゆるバックグラインド）を行う。ここで、当該裏面研削は、半導体基板１０の厚さが、半導体基板１０の裏面から入射する光（可視光以外の赤外線、紫外線、Ｘ線、電子線等のエネルギー線を含む）がＣＣＤ１１に感知されるような所定の厚さに至るまで行われる。
【００２０】
その後、上記裏面研削が行われた半導体基板１０の裏面の全面に対してウェットエッチングを行う。このウェットエッチングは、例えば、フッ化水素（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）等との混合液をエッチャントとして用いて行われる。これにより、裏面研削によって生じた半導体基板１０の裏面の凹凸や機械的なダメージ層が除去されると共に、当該裏面の面内均一性が改善される。即ち、裏面入射型の半導体装置の光の入射面が、入射する光の歪み、屈折、反射等を極力低く抑える良好な状態となる。
【００２１】
これらの半導体基板１０の裏面研削及びウェットエッチングは、最終的な半導体基板１０の厚さが例えば約１０〜３０μｍとなるようにして行われる。
【００２２】
次に、図３に示すように、支持体１５の表面の一部上に、レジスト層１０１を形成する。即ち、レジスト層１０１は、パッド電極１３に対応した位置に開口部を有して形成される。次に、レジスト層１０１をマスクとして、支持体１５のエッチングを行う。このエッチングは、例えば、フッ化水素（ＨＦ）水溶液をエッチング溶液としたディップエッチングにより行われることが好ましい。もしくは、このエッチングは、その他のウェットエッチングやドライエッチングにより行われてもよい。このエッチングにより、支持体１５を貫通する開口部が形成される。ここで、当該開口部の底部では樹脂層１４が露出され、それに接してパッド電極１３がある。なお、開口部１５Ｈは、いわゆるサンドブラスト法を用いて形成されてもよい。
【００２３】
次に、図４に示すように、上記開口部１５Ｈの底部で露出する樹脂層１４、及び当該箇所の不図示のパッシベーション層を除去する。この樹脂層１４及び不図示のパッシベーション層の除去により、支持体１５、樹脂層１４、及び不図示のパッシベーション層を貫通するビアホール１６が形成される。ビアホール１６の底部ではパッド電極１３が露出される。
【００２４】
ここで、樹脂層１４の除去は、例えば、有機溶剤をエッチング溶液としたディップエッチングにより行われることが好ましい。また、上記エッチングの際、レジスト層１０１はエッチングマスクとして用いられる。レジスト層１０１はエッチング後に除去される。もしくは、樹脂層１４の除去は、上記以外のウェットエッチングやドライエッチングにより行われてもよい。もしくは、樹脂層１４の除去は、いわゆるアッシング処理により行われてもよい。また、不図示のパッシベーション層は、レジスト層１０１をマスクとして用いた所定のエッチングにより除去される。
【００２５】
なお、上述したパッド電極１３に対応する位置における不図示のパッシベーション層、樹脂層１４及び支持体１５の除去は、１度のエッチングにより行われてもよい。この場合、不図示のパッシベーション層、樹脂層１４及び支持体１５に対して、レジスト層１０１をマスクとして、所定のエッチング溶液もしくはエッチングガスによるウェットエッチングもしくはドライエッチングが行われる。
【００２６】
次に、図５に示すように、ビアホール１６内及び支持体１５の表面上に、後述する回路基板３０と接続するための配線パターンに従って、いわゆるスクリーン印刷法により導電性ペーストを印刷する。この導電性ペーストは、パッド電極１３と接続されてビアホール１６を通して支持体１５の表面の一部上に延びる配線１７を構成するものである。
【００２７】
ここで、ビアホール１６のサイズによって、１回の印刷によりパッド電極１３と接続し、かつ支持体１５の表面に延びるように導電性ペーストを印刷できない場合、複数回の印刷が行われてもよい。例えば、一旦ビアホール１６内を埋めるようにして導電性ペーストを印刷した後、更にその上に支持体１５の表面に延びるようにして導電性ペーストを印刷してもよい。
【００２８】
また、導電性ペーストは、銀（Ａｇ）、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）のいずれか、もしくはそれらの混合物から成ることが好ましい。この場合、当該導電性ペーストから成る配線１７は、アルミニウム（Ａｌ）から成る配線を形成する場合に比して、腐食に対する耐性が高く、高い信頼性を得ることができる。また、当該導電性ペーストから成る配線１７は、銅（Ｃｕ）から成る配線を用いた場合における銅汚染のような化学的な汚染が生じないため、当該化学的な汚染の抑止工程を必要としない。そのため、製造コストの増大を極力低く抑えることができる。
【００２９】
次に、配線１７が形成された半導体基板１０をベークして、配線１７を固化する。ここで、配線１７が形成された半導体基板１０は、例えば１５０℃程度の温度により１０分程度ベークされる。ただし、このベークに必要な温度及び時間は、上記導電性ペーストに応じて異なるため、上記温度及び時間に限定されるものではない。
【００３０】
なお、上述した配線１７を構成する導電性ペーストは、所定の溶媒と混合されて、不図示のマスクを介してスプレー塗布されてもよい。また、配線１７は、導電性ペーストの印刷もしくはスプレー塗布以外の方法により形成されてもよい。例えば、配線１７はスパッタ法により形成されてもよい。また、図示しないが、支持体１５の表面上の配線１７上に、例えばボール状の導電端子を形成してもよい。また、配線１７は、支持体１５の表面上に延びずに、ビアホール１６内のみに完全に埋め込まれるようにして形成されてもよい。
【００３１】
次に、図６に示すように、半導体基板１０を反転させた後、半導体基板１０の裏面の一部上に、ＣＣＤ１１の受光領域以外もしくはＣＣＤ１１の形成領域以外の領域を覆うようにして、遮光膜１９を形成する。遮光膜１９は、ＣＣＤ１１が検出する対象となる波長帯の光を遮るものであれば、その材質及び形成方法は特に限定されないが、例えば黒色のレジスト材料のスクリーン印刷法による印刷もしくは塗布により形成される。なお、遮光膜１９は、必要に応じて形成されるものであり、ＣＣＤ１１に入射する光を遮光する必要のない場合、その形成は省略される。
【００３２】
さらに、図７に示すように、必要に応じて、少なくともＣＣＤ１１の受光領域を含む半導体基板１０の裏面上に、特定の波長帯の光を透過するカラーフィルター２０を形成する。図７では、半導体基板１０の裏面の全面にカラーフィルター２０が形成されている。このカラーフィルター２０は、特に限定されないが、例えばアクリル系のレジスト材料から成る。
【００３３】
また、図示しないが、必要に応じて、上記遮光膜１９やカラーフィルター２０を覆うようにして、所定の材料から成る表面保護層を形成してもよい。もしくはガラスカバーを接着してもよい。
【００３４】
最後に、図８に示すように、不図示のダイシングラインに沿ったダイシングにより、半導体基板１０を複数の半導体チップ１０Ａに分離する。こうして、本実施形態に係る半導体装置が完成する。完成した半導体装置は、図９に示すように、外部電極３１がパターン形成された回路基板３０上に実装される。その際、回路基板３０の外部電極３１と、支持体１５上に延びた配線１７とが対向するようにして電気的に接続される。
【００３５】
このように、上述した本実施形態に係る半導体装置では、図２に示した半導体基板１０の裏面研削及びウェットエッチングにより、光の入射面である当該裏面の面内均一性が従来例に比して向上している。即ち、裏面入射型の半導体装置の光の入射面が、入射する光の歪み、屈折、反射を極力低く抑える良好な状態となっているため、極力正確な受光や撮像を行うことができる。また、半導体チップ１０Ａの全面が支持体１５によって支持されるため、半導体装置の機械的強度を従来例に比して向上させることが可能となる。
【００３６】
また、この半導体装置では、従来例に係る裏面入射型の半導体装置のように、半導体基板２１０を局所的に開口して薄膜部２１０Ｔを形成する工程が不要となると共に、半導体チップ２１０とパッケージ２１９とを接続するためのバンプ２１６及び外部接続用電極２１７の形成工程、さらにはボンディングワイヤ２１８の形成工程が不要となる。そのため、半導体装置の製造コスト及び実装に係るコストの増大を極力抑えることが可能となる。
【００３７】
結果として、受光素子を搭載した裏面入射型の半導体装置及びその製造方法において、製造コストを増大させることなく当該性能を向上させることが可能となる。
【００３８】
なお、上述した実施形態では、半導体基板１０に受光素子としてＣＣＤを形成したが、本発明はこれに限定されず、ＣＣＤ以外の受光素子（例えばフォトダイオードや赤外線センサ等）が形成される場合においても適用される。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明する断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法を説明する断面図である。
【図１０】従来に係る半導体装置を説明する断面図である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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