(57)【要約】【課題】出力画像に半導体基板の裏面に形成された配線のパターンが映り込むという問題を解消した半導体装置を提供する。【解決手段】受光素子１と配線層１０との間に光透過性基板６から半導体基板２を介して配線層１０の方向に入射する赤外線を配線層１０に到達させずに受光素子１側に反射する反射層８を形成する。反射層８は少なくとも受光素子１の領域の下方に一様に形成するか、あるいは受光素子１の領域の下方にのみ形成してもよい。また、反射層８ではなく、入射される赤外線を吸収し透過を防止する機能を有する反射防止層３０を形成してもよい。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に受光素子が形成された半導体基板と、
前記受光素子の上方であって、前記半導体基板と貼り合わされた光透過性基板と、
前記半導体基板の裏面上に形成された配線層と、
前記受光素子と前記配線層の間に形成され、前記光透過性基板から前記半導体基板を介して前記配線層の方向に入射する赤外線を前記受光素子側に反射させる反射層と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記反射層は、前記受光素子の形成領域と重畳した領域にのみ形成された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】
前記配線層は、前記半導体基板の側面に沿って形成され、
前記反射層は、前記半導体基板と前記配線層との間であって、前記半導体基板の側面に沿って形成されてい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４】
前記反射層は金属材料から成ることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
表面に受光素子が形成された半導体基板と、
前記受光素子の上方であって、前記半導体基板と貼り合わされた光透過性基板と、
前記半導体基板の裏面上に形成された配線層と、
前記受光素子と前記配線層の間に形成され、前記光透過性基板から前記半導体基板を介して前記配線層の方向に入射する赤外線の透過を防止する反射防止層と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
前記反射防止層は、前記受光素子の形成領域と重畳した領域にのみ形成されたことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記配線層は、前記半導体基板の側面に沿って形成され、
前記反射防止層は、前記半導体基板と前記配線層との間であって、前記半導体基板の側面に沿って形成されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記反射防止層は赤外線吸収材料が混合されていることを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか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、半導体装置に関し、特に、受光素子を備えるチップサイズパッケージ型の半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、新たなパッケージ技術として、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）が注目されている。ＣＳＰとは、半導体チップの外形寸法と略同サイズの外形寸法を有する小型パッケージをいう。
【０００３】
従来より、ＣＳＰの一種として、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）型の半導体装置が知られている。このＢＧＡ型の半導体装置は、半田等の金属部材から成るボール状の導電端子をパッケージの一主面上に複数配列し、パッケージの他の面上に搭載される半導体チップと電気的に接続したものである。
【０００４】
そして、このＢＧＡ型の半導体装置を電子機器に組み込む際には、各導電端子をプリント基板上の配線パターンに実装することで、半導体チップとプリント基板上に搭載される外部回路とを電気的に接続している。
【０００５】
このようなＢＧＡ型の電子装置は、側部に突出したリードピンを有するＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ  Ｏｕｔｌｉｎｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）やＱＦＰ（Ｑｕａｄ  Ｆｌａｔ  Ｐａｃｋａｇｅ）等の他のＣＳＰ型の半導体装置に比べて、多数の導電端子を設けることが出来、しかも小型化できるという長所を有するため、幅広く用いられている。
【０００６】
図６（ａ）は、受光素子を備える従来のＢＧＡ型の半導体装置の概略構成を示す断面図である。シリコン（Ｓｉ）等から成る半導体基板１００の表面には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサやＣＭＯＳ型イメージセンサ等の受光素子１０１が設けられ、さらに、パッド電極１０２が第１の絶縁膜１０３を介して形成されている。また、半導体基板１００の表面には、例えばガラスや石英等の光透過性基板１０４がエポキシ樹脂等から成る樹脂層１０５を介して接着されている。また、半導体基板１００の側面及び裏面にはシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜等から成る第２の絶縁膜１０６が形成されている。
【０００７】
さらに、第２の絶縁膜１０６上には、パッド電極１０２と電気的に接続された配線層１０７が、半導体基板１００の表面から側面に沿って裏面に形成されている。また、第２の絶縁膜１０６及び配線層１０７を被覆して、ソルダーレジスト等から成る保護膜１０８が形成されている。配線層１０７上の保護膜１０８の所定領域には開口部が形成され、この開口部を通して配線層１０７と電気的に接続されたボール状の導電端子１０９が形成されている。
【０００８】
上述した技術は、例えば以下の特許文献に記載されている。
【特許文献１】特表２００２−５１２４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述した従来のＢＧＡ型の半導体装置において、赤外線を使用する場合、図６（ａ）の矢印で示したように光透過性基板１０４を通過した赤外線が、さらに半導体基板１００をも透過し、半導体基板１００の裏面に形成された配線層１０７にまで到達する場合がある。そして、その赤外線が配線層１０７で反射して上方（受光素子１０１側）に向かい、受光素子１０１がその反射光を受光してしまう結果、図６（ｂ）に示すように、出力画像１１０に導電端子１０９及び配線層１０７のパターン１１１が映り込んでしまうという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その主な特徴は以下のとおりである。すなわち、本発明の半導体装置は、表面に受光素子が形成された半導体基板と、前記受光素子の上方であって、前記半導体基板と貼り合わされた光透過性基板と、前記半導体基板の裏面上に形成された配線層と、前記受光素子と前記配線層の間に形成され、前記光透過性基板から前記半導体基板を介して前記配線層の方向に入射する赤外線を前記受光素子側に反射させる反射層と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の半導体装置は、前記反射層が、実質的に前記受光素子の形成領域と重畳した領域にのみ形成されたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の半導体装置は、前記配線層が前記半導体基板の側面に沿って形成され、前記反射層は、前記半導体基板と前記配線層との間であって、前記半導体基板の側面に沿って形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の半導体装置は、表面に受光素子が形成された半導体基板と、前記受光素子の上方であって、前記半導体基板と貼り合わされた光透過性基板と、前記半導体基板の裏面上に形成された配線層と、前記受光素子と前記配線層の間に形成され、前記光透過性基板から前記半導体基板を介して前記配線層の方向に入射する赤外線の透過を防止する反射防止層と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の半導体装置は、前記反射防止層が、実質的に前記受光素子の形成領域と重畳した領域にのみ形成されたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記配線層が前記半導体基板の側面に沿って形成され、前記反射防止層は、前記半導体基板と前記配線層との間であって、前記半導体基板の側面に沿って形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る半導体装置によれば、半導体基板の裏面に形成された導電端子や配線層のパターンが出力画像に写り込むことを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の第１の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１〜図２はそれぞれ、製造工程順に示した断面図である。
【００１８】
まず、図１（ａ）に示すように、その表面に約７００ｎｍから２５００ｎｍの波長の赤外線を検知可能な受光素子１（例えば、ＣＣＤセンサー、ＣＭＯＳセンサー、照度センサー等の素子）が形成されたシリコン（Ｓｉ）等から成る半導体基板２を準備する。そして、半導体基板２の表面に第１の絶縁膜３（例えば、熱酸化法やＣＶＤ法等によって形成されたシリコン酸化膜）を例えば２μｍの膜厚に形成する。
【００１９】
次に、スパッタリング法やメッキ法、その他の成膜方法によりアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属層を形成し、その後不図示のホトレジスト層をマスクとして当該金属層をエッチングし、第１の絶縁膜３上にパッド電極４を例えば１μｍの膜厚に形成する。パッド電極４は受光素子１やその周辺素子と電気的に接続された外部接続用電極である。次に、半導体基板２の表面にパッド電極４の一部上を被覆する不図示のパッシベーション膜（例えば、ＣＶＤ法により形成されたシリコン窒化膜）を形成する。
【００２０】
次に、パッド電極４を含む半導体基板２の表面上に、エポキシ樹脂等の樹脂層５を介して光透過性基板６を接着する。光透過性基板６は、ガラスや石英のような透明もしくは半透明の材料から成り、光を透過させる性状を有するものである。
【００２１】
次に、半導体基板２の裏面に対してバックグラインドを行い、半導体基板２の厚さを例えば１００μｍ程度に薄くする。なお、最終製品の用途や仕様、準備した半導体基板２の当初の厚みによっては、当該研削工程を行う必要がない場合もある。
【００２２】
次に、図１（ｂ）に示すように、パッド電極４に対応する半導体基板２の位置のみを、半導体基板２の裏面側から選択的にエッチングし、パッド電極４の一部上を含む第１の絶縁膜３を露出させる。以下、この露出部分を開口部７とする。なお、当該開口部７は半導体基板２の裏面側から表面側に行くほどその開口径が細くなるテーパー形状である。なお、図示はしないが、半導体基板２の側面が光透過性基板６の主面に対して垂直となるように、開口部７をストレート形状にエッチングすることも可能である。
【００２３】
次に、ＣＶＤ法、スパッタリング法、その他の成膜方法により、半導体基板２の裏面上に、例えばアルミニウムや金，銀等の金属材料から成る反射層８を例えば約０．１〜２μｍの膜厚で形成する。なお、反射層８は前記半導体基板２のバックグラインド後に形成し、その後反射層８と半導体基板２を選択的にエッチングしてもよい。
【００２４】
反射層８は、光透過性基板６から半導体基板２を介してその裏面の方向に入射される赤外線や半導体基板２の裏面側から受光素子１の方向に入射される赤外線をさらに先まで透過させずに反射させる機能を有する層であり、当該機能を有するのであればその材料は特に限定されない。また、反射層８は、半導体基板２の裏面全体に一様に形成してもよいし、あるいは後述するように受光素子１の形成領域の下方にのみ形成してもよい。
【００２５】
次に、図１（ｃ）に示すように、開口部７内及び反射層８を含む半導体基板２の側面及び裏面上に第２の絶縁膜９を形成する。この第２の絶縁膜は、例えばプラズマＣＶＤ法によって形成されたシリコン酸化膜やシリコン窒化膜である。
【００２６】
次に、図２（ａ）に示すように、不図示のホトレジスト層をマスクとして、第１の絶縁膜３及び第２の絶縁膜９の選択的なエッチングを行う。このエッチングにより、パッド電極４の一部上からダイシングラインＤＬに至る領域にかけて形成された第１の絶縁膜３及び第２の絶縁膜９が除去され、開口部７の底部においてパッド電極４の一部が露出される。
【００２７】
次に、スパッタリング法やメッキ法、その他の成膜方法により、配線層１０となるアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）等の金属層を形成する。その後、図２（ｂ）に示すように不図示のホトレジスト層をマスクとしてエッチングし、パッド電極４の一部上及び第２の絶縁膜９上に配線層１０を例えば、１μｍの膜厚に形成する。なお、反射層８の形成と配線層１０の形成を同一材料（例えばアルミニウム）及び同一の形成方法（例えばスパッタリング法）で行うことが好ましい。製造工程が単純化され、製造コストを低く抑えることができるという利点があるからである。
【００２８】
次に、図２（ｃ）に示すように、配線層１０を含む半導体基板２の裏面上にソルダーレジストのようなレジスト材料から成る保護層１１を形成する。そして、保護層１１の所定領域を開口させ、当該開口から露出した前記配線層１０上に例えばニッケルと金等から成る電極接続層（不図示）を形成し、その上にハンダ等からなるボール状の導電端子１２を形成する。なお、前記保護層１１がネガ型のレジスト材料である場合には、光が照射された領域が保護層１１として残り、光が照射されなかった領域の保護層１１が除去されて前記開口が形成される。
【００２９】
このようにして、半導体基板２の表面のパッド電極４から、当該半導体基板２の側壁に沿って、半導体基板２の裏面に形成された導電端子１２に至るまでの配線が可能となる。そして、多数の半導体装置の境界であるダイシングラインＤＬに沿ってダイシングを行うことにより、個々の半導体装置に切断分離する。
【００３０】
以上の工程により、受光素子１を備えるチップサイズパッケージ型の半導体装置が完成する。
【００３１】
第１の実施形態に係る半導体装置では、垂直方向において受光素子１と配線層１０との間に、光透過性基板６から半導体基板２を介して配線層１０の方向に入射する赤外線を配線層１０に到達させずに受光素子１側に反射する反射層８が形成されている。従って、光透過性基板６から反射層８に到達した赤外線は、当該反射層８で全て反射されることになる。そのため、半導体基板２の裏面にどのような配線のパターンが形成されていたとしても、赤外線が配線層１０や導電端子１２で反射されることはなく、かかる裏面配線のパターンの模様が出力画像に写り込むことは防止される。さらに、光透過性基板６から反射層８に到達した赤外線は受光素子１側に反射されるため、受光素子１に入射される赤外線の光強度が上昇し、出力画像のコントラストが上昇する利点がある。
【００３２】
また、上記実施形態では反射層８が半導体基板２の裏面に一様に形成されているが、図３に示すように、半導体基板２の裏面のうち、垂直方向からみた場合に受光素子１の領域にのみ、または受光素子１の形成領域の端部よりも所定量だけ広めに反射層８を形成させてもよい。かかる構成であっても、上記実施形態と同様に配線層１０のパターンが受光素子１側に反射することはなく、出力画像に裏面配線のパターンが写り込むことを防止できるからである。
【００３３】
また、上記実施形態では反射層８が半導体基板２の裏面上にだけ形成されていたが、図７に示すように、半導体基板２の側面全体を被覆するように反射層８を形成してもよい。かかる構成によれば、光透過性基板６を透過した赤外線が半導体基板２の側面に沿って形成された配線層１０によって受光素子１側に反射されることを防止できる。そのため、半導体基板２の側面に沿った配線層１０のパターンが出力画像に写り込むことを防止できる。
【００３４】
また、完成した半導体装置の実装の仕方によっては、様々な方向から赤外線が入射される可能性があり、仮に半導体基板２の側面側から赤外線が受光素子１に入射されると、受光素子１が誤ってその赤外線を検知してしまう場合がある。これに対して、図７に示すように半導体基板２の側面及び裏面の全体を反射層８で被覆することで、半導体基板２の側面及び裏面側から受光素子１の方向に入射する赤外線を完全に遮蔽できる。そのため、光透過性基板６側からの光のみを受光素子１で正確に受光し、受光素子１の検知精度を向上させることができる。
【００３５】
また、上記実施形態では、パッド電極４から半導体基板２の側壁に沿って配線層１０が形成されているが、本発明はこれに限定されることはなく、半導体基板２の裏面に配線層が形成されているものであれば適用することができる。すなわち、例えば図４に示すように、半導体基板２の表面から裏面にかけて形成されたアルミニウムや銅等の金属から成る貫通電極２０と、半導体基板２の裏面に当該貫通電極２０と電気的に接続された配線層２１及びボール状の導電端子１１とが形成されたいわゆる貫通電極型の半導体装置において、導電端子１２を含めた配線層２１と受光素子１との間に、反射層８を設けることもできる。なお、図４における２２は、例えばチタン（Ｔｉ）層、酸化チタン（ＴｉＯ２）層、チタンナイトライド（ＴｉＮ）層、もしくはタンタルナイトライド（ＴａＮ）層等の金属から成るバリアメタル層である。また、上記実施形態と同様の構成については同一記号を用い、その説明を省略する。
【００３６】
当該貫通電極型の半導体装置は例えば、受光素子１及び第１の絶縁膜３を介してパッド電極４が形成された半導体基板２を準備し、パッド電極４に対応する位置に半導体基板２を貫通するビアホールを形成する工程と、半導体基板２の裏面に反射層８を形成する工程と、当該ビアホールの側壁及び半導体基板２の裏面を被覆する第２の絶縁膜９ａを形成する工程と、ビアホール底部の第２の絶縁膜９ａを除去し、その後ビアホール内に前記バリアメタル層２２を形成し、ビアホール内に例えば電解メッキ法などで銅等の金属から成る貫通電極２０を形成する工程と、半導体基板２の裏面に貫通電極２０と電気的に接続された配線層２１をパターニングし、その後ボール状の導電端子１２，保護層１１を形成する工程によって製造される。なお、上記工程は本実施形態に係る貫通電極型の半導体装置の製造工程の一例であって、その製造工程は限定されず、例えばビアホールを形成する前に反射層８を形成することもできる。なお、図示はしないが既に説明したように、反射層８は半導体基板２の裏面全体に一様に形成してもよく、受光素子１の形成領域と重畳した領域にのみ形成することもできる。
【００３７】
次に、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置について図５を参照しながら説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成については同一記号を用い、その説明を省略する。
【００３８】
第２の実施形態に係る半導体装置では、垂直方向において受光素子１と配線層１０との間に、反射防止層３０（例えば、スパッタリング法によって形成されたチタンナイトライド（ＴｉＮ）層や、黒色顔料等の色素が添加された層や、有機系の樹脂層が例えば１〜２μｍの膜厚で形成されていることが特徴である。反射防止層３０は、例えば黒色顔料等の赤外線吸収材料が混合されていることが反射防止の効果を高める上で好ましい。反射防止層３０は、光透過性基板６から半導体基板２を介して配線層１０の方向に入射される赤外線を吸収し、その透過を防止する機能を有する層であり、当該機能を有するのであればその材質及び膜厚は特に限定されない。
【００３９】
第２の実施形態に係る半導体装置によれば、光透過性基板６から反射防止層３０に到達した赤外線は、当該反射防止層３０で吸収される。そのため、配線層１０によって受光素子１側に赤外線が反射されることを効果的に防止することができる。また、仮に反射されたとしても極僅かの赤外線しか反射しないため、出力画像に裏面配線のパターンが写り込むことは軽減される。
【００４０】
従って、半導体基板２の裏面にどのようなパターンの配線層１０や導電端子１２が形成されていたとしても、かかる裏面配線のパターンの模様が出力画像に写り込むことを効果的に防止できる。
【００４１】
また、図５では反射防止層３０が半導体基板２の裏面に一様に形成されているが、図３に示した半導体装置の反射層８と同様に、半導体基板２の裏面のうち、垂直方向からみた場合に受光素子１の形成領域と重畳した領域にのみ反射防止層３０を形成してもよい。または受光素子１の形成領域と重畳した領域の端部よりも所定量だけ広めに形成させてもよい。
【００４２】
また、図８に示すように、半導体基板２の側面全体を被覆するように反射防止層３０を形成してもよい。かかる構成によれば、光透過性基板６を透過した赤外線が半導体基板２の側面に沿った配線層１０によって受光素子１側に反射されることを防止できる。従って、半導体基板２の側面に沿った配線層１０のパターンが出力画像に写り込むことを防止できる。
【００４３】
また、半導体基板２の側面側から受光素子１の方向に入射する赤外線についても反射防止層３０で吸収し、その透過が防止できる。そのため、どのような半導体装置の実装の仕方であっても、光透過性基板６側からの光のみを受光素子１で正確に受光し、受光素子１の検知精度を向上させることができる。
【００４４】
なお、第２の実施形態に係る半導体装置は、半導体基板２の裏面に配線層が形成されているものであれば広く適用することができるものであり、このことは第１の実施形態と同様である。従って、図４に示したようないわゆる貫通電極型の半導体装置においても適用できるものである。
【００４５】
また、以上の実施形態では、ボール状の導電端子を有するＢＧＡ型の半導体装置について説明したが、本発明はＬＧＡ（Ｌａｎｄ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）型の半導体装置に適用するものであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の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２】本発明の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３】本発明の半導体装置を説明する断面図である。
【図４】本発明の半導体装置を説明する断面図である。
【図５】本発明の半導体装置を説明する断面図である。
【図６】従来の半導体装置を説明する断面図である。
【図７】本発明の半導体装置を説明する断面図である。
【図８】本発明の半導体装置を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  受光素子    ２  半導体基板    ３  第１の絶縁膜
４  パッド電極    ５  樹脂層    ６  光透過性基板    ７  開口部
８  反射層    ９，９ａ  第２の絶縁膜    １０  配線層    １１  保護層
１２  導電端子    ２０  貫通電極    ２１  配線層    ２２  バリアメタル層
３０  反射防止層
１００  半導体基板    １０１  受光素子    １０２  パッド電極
１０３  第１の絶縁膜    １０４  光透過性基板    １０５  樹脂層
１０６  第２の絶縁膜    １０７  配線層    １０８  保護層
１０９  導電端子    １１０  出力画像    １１１  パターン
ＤＬ  ダイシングライン
【図１】
2007189198.tif 000003
【図２】
2007189198.tif 000004
【図３】
2007189198.tif 000005
【図４】
2007189198.tif 000006
【図５】
2007189198.tif 000007
【図６】
2007189198.tif 000008
【図７】
2007189198.tif 000009
【図８】
2007189198.tif 000010