(57)【要約】【課題】耐湿性に優れたチップサイズパッケージ形態の半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１１と、半導体基板１１の一方の面に、形成された撮像素子１４と、一方の面において、撮像素子の周囲に形成された電極パッド１４と、一方の面と、該一方の面とは反対側の他方の面とを貫通する貫通口２２ａに形成され、電極パッド１４に電気的に接続される貫通電極２２と、一方の面を覆うように接合され、撮像素子１４及び電極パッド２１を封止する透明シール部材１７とを備え、透明シール部材１７が半導体基板１１に接合部材３１により接合され、接合部材３１における外側に露呈する面３１ａが少なくとも耐湿性材料からなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の一方の面に形成された撮像素子と、
前記一方の面において、前記撮像素子の周囲に形成された電極パッドと、
前記一方の面と、該一方の面とは反対側の他方の面とを貫通する貫通口に形成され、前記電極パッドに電気的に接続される貫通電極と、
前記一方の面を覆うように接合され、前記撮像素子及び前記電極パッドを封止する透明シール部材とを備える半導体装置であって、
前記透明シール部材が前記半導体基板に接合部材により接合され、前記接合部材における外側に露呈する面が少なくとも耐湿性材料からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記耐湿性材料が窒化シリコン膜であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記接合部材が、少なくともプラズマ窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記接合部材が、半導体基板の一方の面に形成された窒化シリコン膜をパターニングすることで形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第２の絶縁膜の上に透明膜が形成され、前記透明膜の縁部が前記接合部材に覆われていないことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体ウエハをスクライブラインに沿ってダイジングすることで形成される半導体基板と、
前記半導体基板の一方の面に、形成された撮像素子と、
前記一方の面において、前記撮像素子の周囲に形成された電極パッドと、
前記一方の面と、該一方の面とは反対側の他方の面とを貫通する貫通口に形成され、前記電極パッドに電気的に接続される貫通電極と、
前記一方の面を覆うように接合され、前記撮像素子及び前記電極パッドを封止する透明シール部材とを備える半導体装置の製造方法であって、
前記透明シール部材に接合部材を構成する膜を形成し、前記膜を、前記スクライブラインと接合される部分を除去するようにパターン形成し、その後、前記接合部材を前記半導体基板側に接合することを特徴とする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、小型で薄いパッケージ形態を有する半導体素子に関し、特に、裏面貫通配線電極構造を備えた半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器の小型化、高速化、高性能化に伴い、半導体装置も小型化、高速化を要求されるようになっている。このような小型化、高速化を実現するためパッケージを含めた半導体装置の大きさが半導体チップと同じ大きさであるチップサイズパッケージ（Chip Size Package、以下ＣＳＰという）が提案されている。
【０００３】
ＣＳＰの製造方法としては、まず、半導体基板の表面に、不純物イオンを注入することでフォトダイオードなどの光電変換部を形成し、半導体基板上に熱酸化膜、ＢＰＳＧ膜（又は酸化シリコン膜）などを形成する。半導体基板には、平面視において矩形状の撮像素子が形成され、撮像素子の周囲に複数の電極パッドが形成されている。半導体基板における電極パッドの下方には、半導体基板の裏側（撮像素子が形成されいるのとは反対側）に貫通するように開口する貫通口が形成され、この貫通口には略柱状の貫通電極が形成されている。貫通電極は、その一方の端部が電極パッドと電気的に接続するとともに、他方の端部が配線部や実装用端子に接続するように構成されている。このように、ＣＳＰは、電極パッドにボンディングワイヤを用いて電極リードや導体配線を接続するスペースを必要としないため、半導体素子を小型化することが可能である。シリコンウエハ上にＣＳＰ用の素子チップを配列して形成した後、素子チップ同士の間に形成されたスクライブラインに沿って切り離すことで、ＣＳＰ用の素子チップごとに取り出している。従来のＣＳＰの構成としては、例えば、下記特許文献に示すものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１００４３５号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来のＣＳＰは、半導体基板の表面に、ガラスなどの無機透明材料をすくライブライン上に塗着された接着剤にて装着することで、撮像素子，電極パッドなどを封止している。そして、半導体基板のスクライブラインにてダイジングを行う際に、切り離された素子チップの端面の接着剤とシリコン基板との間から水分が浸入し、内部の撮像素子や電極パッドに付着してしまうことがある。また、ダイジングした後であっても、湿度に応じて接着剤とシリコン基板との間から水分がＣＳＰ内部に透過してしまうことがある。すると、水分の浸入によって金属材料が腐食してしまうと、半断線や断線が発生して撮像素子が正常に動作しなくなり、正常な画像信号が得られず、画像ムラや表示不良が生じてしまうことがある点で改善の余地があった。また、湿度に応じて接着剤が膨張することで素子チップとチップ用パッケージ部材を乖離させる点で改善の余地があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、耐湿性に優れたチップサイズパッケージ形態の半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）半導体基板と、前記半導体基板の一方の面に、形成された撮像素子と、前記一方の面において、前記撮像素子の周囲に形成された電極パッドと、前記一方の面と、該一方の面とは反対側の他方の面とを貫通する貫通口に形成され、前記電極パッドに電気的に接続される貫通電極と、前記一方の面を覆うように接合され、前記撮像素子及び前記電極パッドを封止する透明シール部材とを備える半導体装置であって、前記透明シール部材が前記半導体基板に接合部材により接合され、前記接合部材における外側に露呈する面が少なくとも耐湿性材料からなることを特徴とする半導体装置。
（２）前記耐湿性材料が窒化シリコン膜であることを特徴とする（１）に記載の半導体装置。
（３）前記接合部材が、少なくともプラズマ窒化シリコンを含むことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の半導体装置。
（４）前記接合部材が、半導体基板の一方の面に形成された窒化シリコン膜をパターニングすることで形成されていることを特徴とする上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の半導体装置。
（５）前記第２の絶縁膜の上に透明膜が形成され、前記透明膜の縁部が前記接合部材に覆われていないことを特徴とする上記（１）から（４）のいずれか１つに記載の半導体装置。
（６）半導体ウエハをスクライブラインに沿ってダイジングすることで形成される半導体基板と、前記半導体基板の一方の面に、形成された撮像素子と、前記一方の面において、前記撮像素子の周囲に形成された電極パッドと、前記一方の面と、該一方の面とは反対側の他方の面とを貫通する貫通口に形成され、前記電極パッドに電気的に接続される貫通電極と、前記一方の面を覆うように接合され、前記撮像素子及び前記電極パッドを封止する透明シール部材とを備える半導体装置の製造方法であって、前記透明シール部材に接合部材を構成する膜を形成し、前記膜を、前記スクライブラインと接合される部分を除去するようにパターン形成し、その後、前記接合部材を前記半導体基板側に接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【０００８】
本発明の半導体装置は、半導体基板の一方の面を覆う透明シール部材が、従来のような有機系接着剤ではなく、接合部材によって半導体基板に接合されている。また、接合部材における外側に露呈する面が少なくとも窒化シリコンからなるため、ダイジング工程の後で、水分が接合部材によって半導体装置の内部に浸入することを防止することができる。このため、撮像素子や電極パッドなどの金属材料が水分によって腐食してしまうことを防止することができる。したがって、本発明によれば、耐湿性を向上させることによって画像ムラや表示不良などの不具合が少ない半導体装置を提供することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、耐湿性に優れたチップサイズパッケージ形態の半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる半導体装置の構成を示す全体断面図である。図２は、平面視における半導体装置の構成を説明する図である。図３は、半導体装置の要部拡大断面図である。
【００１１】
本実施形態の半導体装置１０は、シリコンなどからなる半導体基板１１を備えている。なお、本実施形態では、半導体基板１１を構成するシリコンウエハ上に複数のＣＳＰの構成を有する半導体装置を配列して形成した後、半導体装置の間に設けられた格子状のスクライブラインに沿ってダイジングすることで、平面視において矩形状に半導体装置を切り離している。図１は、ダイジング後の単一の半導体装置の構成を示すものである。
【００１２】
半導体基板１１の表面には、撮像素子１４が形成されている。また、撮像素子１４を形成した領域を除く領域にフィールド酸化膜などの熱酸化膜１２が形成されている。また、半導体基板１１の上面には、ＢＰＳＧ膜又は酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）などの絶縁膜（以下、本発明にかかる実施形態において第１の絶縁膜１３とする。）が形成される。
【００１３】
撮像素子１４は、例えば、ＣＣＤ型の撮像素子やＣＭＯＳ型の撮像素子を用いることができる。
【００１４】
また、第１の絶縁膜１３上には、図２の平面視において、該撮像素子１４に信号の入出力を行うための複数の電極パッド２１が形成されている。電極パッド２１は、例えば、アルミニウムによって形成されている。
【００１５】
半導体基板１１における電極パッド２１の下方には、電極パッド２１が形成された側の一方の面から、該一方の面とは反対側の他方の面に貫通する貫通口２２ａが形成されている。貫通口２２ａには、略柱状の貫通電極２２が形成されている。貫通電極２２は、一方の端部が電極パッド２１と電気的に接続し、また、他方の端部が、半導体基板１１の他方の面に形成された裏面電極２３に電気的に接続している。裏面電極２３には、外部端子との電気的接続のための電極端子２４が形成されている。図１には示さないが、貫通電極２２の周囲には後述するように絶縁膜２６が形成されている。
【００１６】
第１の絶縁膜１３上には、単層又は多層構造を有する図示しない金属配線層が形成されている。金属配線層に形成された所定の金属端子が撮像素子１４及び電極パッド２１に電気的に接続されている。
【００１７】
第１の絶縁膜１３上には、撮像素子１４、電極パッド２１、及び、金属配線層を保護するため、プラズマ窒化膜などの第２の絶縁膜１５が、第１の絶縁膜１３の全面を覆うように形成されている。
【００１８】
また、第２の絶縁膜１５の上には、半導体装置１０の外部から撮像素子１４に入射する光を透過することできる有機系の透明膜１６が形成されている。
【００１９】
本実施形態の半導体装置１０は、光透過性の無機透明材料からなる透明シール部材１７を、接合部材３１によって、半導体基板１１の周縁に接合した構成である。
【００２０】
図３に示すように、接合部材３１は、半導体基板１１と第２の絶縁膜１５の縁部との境界部分に跨るとともに、半導体基板１１の平面視において周縁を囲うように枠状に形成されている。半導体基板１１と透明シール部材３１とを接合部材３１によって接合させることで、撮像素子１４や電極パッド２１を外部雰囲気から封止している。
【００２１】
図３に示すように、貫通口２２ａの内側面と半導体基板１１の下面（撮像素子１４が形成された側とは反対側の面）に絶縁膜２６が形成されている。半導体基板１１と貫通電極２２とが、絶縁膜２６によって電気的に絶縁されている。
【００２２】
半導体装置１０は、半導体基板１１の一方の面を覆う透明シール部材１７が、従来のような有機系接着剤ではなく、接合部材３１によって半導体基板１１に接合されている。また、接合部材３１における外側に露呈する面３１ａが少なくとも窒化シリコンからなるため、ダイジング工程の後で、水分が接合部材３１によって半導体装置１０の内部に浸入することを防止することができる。このため、撮像素子１４や電極パッド２１などの金属材料が水分によって腐食してしまうことを防止することができる。したがって、本実施形態の半導体装置１０は、耐湿性を向上させることによって画像ムラや表示不良などの不具合が少ないという効果を得ることができる。
【００２３】
本実施形態では、接合部材３１における、外側に露呈する面（図３においては、左側側面）３１ａが少なくとも窒化シリコンからなる。接合部材３１は、外側に露呈する面３１ａが窒化シリコンであれば、その全部又は一部が窒化シリコンで形成されている構成とすることができる。例えば、窒化シリコン以外の材料で接合部材３１を形成する場合には、ダイジング後に、外側に露呈する面３１ａのみを窒化シリコンとするように加工処理してもよい。なお、接合部材３１は、プラズマ窒化シリコン（Ｐ−ＳｉＮ）で形成すれば、耐湿性で最も優れている点で好ましい。
【００２４】
また、図３に示すように、本実施形態の半導体装置１０は、第２の絶縁膜１５上の透明膜１６の縁部が接合部材３１に覆われていない構成である。こうすると、装置製造後に、透明膜１６を構成する有機系などの材料が透明膜１６と干渉することがないため、透明膜１６が接合部材３１との密着によってヒビわれることに起因して微細な欠片となり、半導体装置１０の内部で撮像素子１４や電極パッド２１や金属配線部に付着して不具合が生じることを防止することができる。
【００２５】
本実施形態では、接合部材３１は、シリコンウエア上に撮像素子１４、電極パッド２１、及び、その他の金属配線部や透明膜１６を形成した後、ダイジング工程において、半導体装置１０ごとを切り離すために形成された格子状のスクライブライン上に接合材料３１となる層を大気圧プラズマＣＶＤで２００℃以下の雰囲気に設定してプラズマ窒化シリコン（Ｐ−ＳｉＮ）膜を形成し、フォトリソグラフィ工程などを用いることでパターン形成することができる。
【００２６】
次に、接合部材の別の製造手順を説明する。
接合部材は、上記実施形態のように、半導体基板１１側に積層して形成する手法に限定されず、透明シール部材１７側に予め形成し、その後、透明シール部材１７を半導体基板１１側に接合してもよい。このとき、透明シール部材１７の接合側の面（図３において下側の面）に接合材料３１となる膜を形成し、フォトリソグラフィ工程によってスクライブライン上に位置する部分以外の膜を除去するようにパターン形成する。そして、接合部材３１が形成された透明シール部材１７を、撮像素子１４や電極パッド２１などの必要な光学素子が形成された半導体基板１１に接合し、スクライブラインに沿ってダイジングすることで各半導体装置ごとに切り離してもよい。
【００２７】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。上記実施形態の半導体装置の構成は、例えば、図４及び図５に示す構成としてもよい。なお、以下に説明する形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
【００２８】
図４の半導体装置の構成では、第２の絶縁膜１５の上にガイド部材３４を形成し、該ガイド部材３４をガイドとして、第２の絶縁膜１５の上に形成された隣接するサポート材３２を加工形成している。また、カラーフィルタ及びマイクロレンズ層と透明シール部材１７との間に空気が存在していてもよい。
【００２９】
図５の半導体装置の構成は、第２の絶縁膜１５をプラズマ窒化膜で形成し、該第２の絶縁膜１５をストッパとして用いて、透明シール部材１７を載せ、ダイシングしてＣＳＰとして取り出している。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明にかかる半導体装置の構成を示す全体断面図である。
【図２】平面視における半導体装置の構成を説明する図である。
【図３】半導体装置の要部拡大断面図である。
【図４】本発明にかかる半導体装置の構成の変形例を示す断面図である。
【図５】本発明にかかる半導体装置の構成の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０    半導体装置
１１    半導体基板
１３    第１の絶縁膜
１４    撮像素子
１５    第２の絶縁膜
１６    透明膜
１７    透明シール部材
２１    電極パッド
２２    貫通電極
３１    接合部材
【図１】
2008053287.tif 000003
【図２】
2008053287.tif 000004
【図３】
2008053287.tif 000005
【図４】
2008053287.tif 000006
【図５】
2008053287.tif 000007