(57)【要約】【課題】受光素子形成領域上の、支持体に形成された貫通孔の側壁に入射した光による反射光を低減し、いわゆる迷光による受光素子のノイズの減少を図り、高性能な半導体装置を実現することである。【解決手段】受光素子１の形成領域上に到達する支持体５の貫通孔側壁１３からの反射光を低減するために、貫通孔側壁１３の傾斜をオーバーハング形状、逆テーパー形状にしたり、その傾斜角度を緩やかにする。または、支持体５に設けた貫通孔２０の上面を貫通孔２０の口径より小さな開口４０等となる障壁層７等でカバーすることにより、受光素子１の形成領域上に到達する貫通孔側壁１３からの反射光の解消または低減を図る。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成された受光素子と、
前記半導体基板上に接着層を介して貼り付けられ、前記受光素子の形成領域上に、その表面から裏面にかけて貫通する貫通孔が形成された支持体と、を備え、前記貫通孔の側壁に、前記受光素子が当該貫通孔の側壁からの反射光を受けることのないように傾斜が設けられたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記貫通孔の側壁がオーバーハング形状とな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】
前記傾斜が半導体基板の表面に対して４５°以下の傾斜角を有し、前記支持体の裏面側が表面側より広く開口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４】
前記傾斜が半導体基板の表面に対して、９０°より大きな傾斜角を有し、前記支持体の裏面側が表面側より狭く開口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５】
前記支持体がシリコンであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記受光素子がフォトダイオードであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成された受光素子と、
前記半導体基板上に接着層を介して貼り付けられ、前記受光素子の形成領域上に、その表面から裏面にかけて貫通する貫通孔が形成された支持体と、
前記支持体上に形成され、前記貫通孔に重畳して当該貫通孔より口径の小さな開口が形成された、ひさし状障壁層と、を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
前記ひさし状障壁層が前記支持体上に接着層を介して貼り付けられていることを特徴とする請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記ひさし状障壁層が金属膜または樹脂膜で形成されていることを特徴とする請求項７乃至８のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記支持体がシリコンからなることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記受光素子がフォトダイオードであることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項１２】
受光素子が形成された半導体基板の表面上に接着層を介して支持体を貼り合わせる工程と、
前記受光素子形成領域上の前記支持体の一部を選択的に除去し、前記支持体の表面から裏面にかけて貫通する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔に、前記受光素子形成領域が貫通孔側壁中央部からの反射光を受けることがない傾斜となる貫通孔側壁を形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
受光素子が形成された半導体基板の表面上に接着層を介して支持体を貼り合わせる工程と、
前記支持体上に、前記受光素子形成領域上に開口を有する障壁層を形成する工程と、
前記受光素子形成領域上の前記開口に重畳する部分の前記支持体の一部を選択的に除去し、前記支持体の表面から裏面にかけて前記開口より大きな口径でもって貫通した貫通孔を形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記障壁層を、前記支持体上に接着層を介して貼り合わせる工程を備えることを特徴とする請求項１３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、半導体基板上に受光素子が形成されたＣＳＰ構造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】
近年、新たなパッケージ技術としてＣＳＰが注目されている。ＣＳＰとは、半導体チップの外形と略同一サイズの外形を有する小型のパッケージをいう。そして、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。ＢＧＡ型の半導体装置は、ハンダ等の金属材料から成るボール状の端子がパッケージの一方の面上に複数配列されたものである。
【０００３】
また、実装密度を高めるために、半導体チップの薄型化が要求されており、この要求を満たすためにも半導体基板を薄くする必要がある。しかしながら、半導体基板が薄くなると、製造工程において強度低下による反りや破損が生じるために搬送が不可能になってしまう。そのため、ガラス基板等の支持体を半導体基板の一方の面に貼り合わせ、支持体の貼り合わされていない面を研削して半導体基板を薄くすることが行われている。
【０００４】
図１３は、従来のＢＧＡ型であって、支持体１０５を備える半導体装置１２０の概略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素子から成る半導体素子１０１が形成され、更に、半導体素子１０１と電気的に接続された配線１０２が絶縁膜１０３を介して形成されている。配線１０２は、シリコン窒化膜等から成るパッシベーション膜１０４で被覆されている。
【０００５】
半導体基板１００の表面上には、ガラス基板等の支持体１０５がエポキシ樹脂等から成る接着層１０６を介して貼り合わされている。支持体１０５は、製造工程の中で薄型化される半導体基板１００を強固に保持するため、及び支持体１０５自身の反りや破損を防止するために厚く、例えば薄型化後の半導体基板１００の厚みが１００μｍ程度とすると、支持体１０５の厚みは４００μｍ程度である。
【０００６】
半導体基板１００の側面及び裏面上にはシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等から成る絶縁膜１０７が形成されている。絶縁膜１０７上には、配線１０２と電気的に接続された第２配線１０８が、半導体基板１００の側面及び裏面に沿って形成されている。また、絶縁膜１０７及び第２配線１０８を被覆して、ソルダーホトレジスト等から成る保護層１０９が形成されている。保護層１０９の所定領域には開口部が形成され、この開口部を通して第２配線１０８と電気的に接続されたボール状の導電端子１１０が形成されている。
【０００７】
このような半導体装置１２０は、個々の半導体装置１２０の境界である所定のダイシングラインＤＬに沿って支持体１０５及び保護層１０９等をダイシングブレードで個別に切り分ける工程（いわゆるダイシング工程）を経ることによって製造されていた。
【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】特開２００６−９３３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の半導体装置が半導体素子１０１として受光素子を含む場合は、透明な支持体１０５側から入射光が受光素子上に入ってくる。支持体１０５がガラスの場合、可視光はガラスに吸収されることはないが、支持体１０５の裏面側等で反射損失が発生する等の問題がある。ここで支持体１０５の裏面側とは半導体基板１００と直面する側と反対の面を言うものとする。
【００１０】
更に大きな問題として、ブルーレイ（Ｂｌｕ  Ｒａｙ）のような特定の波長の光によって光が照射された部分の接着層１０６が劣化し半導体装置としての所望の動作品質が得られないという問題がある。
【００１１】
それらの問題を解決するため受光素子形成領域上の接着層１０６及び支持体１０５をエッチング等の手段で除去し、受光素子上の支持体１０５に貫通孔を形成することが考えられる。そうすれば入射光はなんらの損失を受けることなく受光素子上に到達し、また接着層１０６がないためブルーレイの特定の波長の光に対しても所望の動作品質が確保できる。
【００１２】
この場合、支持体の貫通孔の側壁が半導体基板１００の表面に垂直に近い状態で形成されていると、コリメートされない斜め入射の光線がその側壁で反射され、いわゆる迷光として受光素子等に入射しノイズ源となる。側壁が垂直方向から受光素子形成領域の反対側に若干でも傾いた場合には垂直方向に入射した光による反射光も重畳される。本発明は上述のような迷光となる反射光を低減させ、高性能の半導体装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みて為されたものであり、その主な特徴は以下の通りである。即ち本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成された受光素子と、前記半導体基板上に接着層を介して貼り付けられ、前記受光素子の形成領域上に、その表面から裏面にかけて貫通する貫通孔が形成された支持体と、を備え、前記貫通孔の側壁に、前記受光素子が当該貫通孔の側壁からの反射光を受けることのないように傾斜が設けられたことを特徴とする。
【００１４】
また本発明の半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成された受光素子と、前記半導体基板上に接着層を介して貼り付けられ、前記受光素子の形成領域上に、その表面から裏面にかけて貫通する貫通孔が形成された支持体と、前記支持体上に形成され、前記貫通孔に重畳して当該貫通孔より口径の小さな開口が形成された、ひさし状障壁層と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の半導体装置の製造方法は、受光素子が形成された半導体基板の表面上に接着層を介して支持体を貼り合わせる工程と、前記受光素子形成領域上の前記支持体の一部を選択的に除去し、前記支持体の表面から裏面にかけて貫通する貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔に、前記受光素子形成領域が貫通孔側壁中央部からの反射光を受けることがない傾斜となる貫通孔側壁を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
さらに、本発明の半導体装置の製造方法は、受光素子が形成された半導体基板の表面上に接着層を介して支持体を貼り合わせる工程と、前記支持体上に、前記受光素子形成領域上に開口を有する障壁層を形成する工程と、前記受光素子形成領域上の前記開口に重畳する部分の前記支持体の一部を選択的に除去し、前記支持体の表面から裏面にかけて前記開口より大きな口径でもって貫通した貫通孔を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、受光素子形成領域上に、その表面から裏面にかけて貫通する貫通孔を形成した場合でも、その側壁からの反射光を低減または皆無にすることが可能となる。従って、いわゆる迷光による受光素子等で発生するノイズの低減等が図れる。併せて、受光素子上の接着層を取り除いているため、ブルーレイのような特定の波長の光を使用する場合でも、接着層の劣化に基づく半導体装置の動作品質の低下は生じない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の第１の実施形態について図１乃至図３に基づいて説明する。まず、図１において、その表面に受光素子１（例えば、フォトダイオード、ＣＣＤ赤外線センサー、ＣＭＯＳセンサー等）が形成された半導体基板２を準備し、その上に、半導体基板２の表面に不図示の絶縁膜（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）を形成する。次に、当該絶縁膜上に配線３（例えば、アルミニウム層）を例えばスパッタリング法で形成する。
【００１９】
配線３は、受光素子１等と電気的に接続され、受光素子１への電源供給を介在する。なお、前記配線３上を含む半導体基板２上には図示しないパッシベーション膜が形成されている。次に、半導体基板２の表面上に、エポキシ樹脂，ポリイミド（例えば感光性ポリイミド），ホトレジスト，アクリル等の接着層４を介して支持体５を貼り合わせる。支持体５は、例えばガラスや石英，セラミック，シリコン、金属等から成る基板でもよいし、樹脂（例えばエポキシ樹脂，アクリル樹脂，ポリエステル樹脂）から成るものでもよい。その厚みは例えば４００μｍ前後である。
【００２０】
次に、支持体５のうち、少なくとも素子形成領域（受光素子１や配線３が形成された領域）を含む領域に対してホトレジスト膜６をマスクとしてエッチングやレーザービーム照射，サンドブラスト等を行い、受光素子１上の支持体５を選択的に除去する。これにより、図２に示すように支持体５を表面から裏面にかけて貫通する貫通孔２０が形成される。ここで支持体５の表面とは半導体基板２と直面している側をいうものとする。
【００２１】
支持体５をシリコンとした場合には六フッ化硫黄（ＳＦ６）と八フッ化炭素（Ｃ４Ｆ８）等の混合ガスからなるプラズマ中でのドライエッチングにより貫通孔２０を形成することが出来る。また、本実施形態では、支持体５の選択的な除去に続いて下方の接着層４も除去している。このとき、接着層４を除去する方法としては、ドライエッチング法またはウェットエッチング法を用いると良い。
【００２２】
次にホトレジスト膜６をホトレジスト剥離液やアッシングにより除去するが、ホトレジスト膜６は上記接着層４の除去と併せて行うことも可能である。
【００２３】
図３に示す如く、最終的に支持体５にはオーバーハング形状の傾斜からなる貫通孔側壁１３を有する貫通孔２０が形成されるが、係る形状はエッチング等の条件を最適化することにより達成される。係る形状にすることにより半導体基板２の表面に垂直に入射した光についての貫通孔側壁１３での反射は皆無に近くなり、コリメートしないで斜めに入射した光の反射も大幅に低減される。支持体５がシリコン等からなるものでその貫通孔側壁１３での反射光量が多い場合には特にその効果が大きい。
【００２４】
支持体５のエッチング等の条件を最適化することにより図４や図５に示す傾斜をもつ貫通孔側壁１３からなる貫通孔２０を形成することも可能である。
【００２５】
図４の場合は傾斜角が半導体基板２の表面に対して４５°以下となるため、半導体基板２の表面に対して垂直方向に貫通孔側壁１３に入射する光は貫通孔側壁１３で水平方向に反射されることになり受光素子１への迷光を構成しない。垂直光の周りの外側に広がって散乱して入射する光も受光素子１上の迷光となることはない。従って、迷光による受光素子１でのノイズの発生は大幅に改善される。実用的には４５°より大きな傾斜角であってもそれより大きな傾斜角の場合に比し迷光を低減する効果がある。
【００２６】
例えば、受光素子１の形成領域が４００μｍ□位の面積で支持体の厚さが４００μｍのとき、傾斜角が５６°前後であれば貫通孔側壁中央部１４、並びにその上方の貫通孔側壁１３からの反射光を受光素子１形成領域が受けることは殆どなくなる。傾斜角を更に小さくして、４５°に近づけるに従い貫通孔側壁中央部１４より下部の貫通孔側壁１３から受ける反射光量も少なくなり、傾斜角が４５°以下になれば、受光素子１の形成領域は貫通孔側壁１３からの反射光を受けることがない。
【００２７】
図５の場合は傾斜角が支持体５の半導体基板２に直面する側である表面が広く、反対側の裏面側が狭くなるように形成され、いわゆる逆テーパー形状になっていることから垂直光による貫通孔側壁１３からの反射光は存在せず、コリメートされず斜め入射した光からの反射光も大幅に低減する。従って、この場合も迷光による受光素子１でのノイズの発生が低減される。
【００２８】
次に本発明の第２の実施形態について図６乃至図８に基づいて説明する。第１の実施形態と同様の構成及び製造工程については、同一符号を付してその説明は省略する。まず、第１の実施形態の図１で示したように半導体基板２上に接着層４を介して支持体５を貼り付ける。次に図６に示す如く、不要な光が後述する貫通孔２０内に入射するのを防止するために支持体５上に形成された障壁層７と、その上部に当該障壁層７の受光素子１の形成領域上に開口４０を形成するため、所定の処理により開口３０を有するホトレジスト膜６が形成される。障壁層７としては金属膜や種々の樹脂等が採用される。金属膜はスパッタや電解メッキ等で形成され、樹脂はスピンコート等で形成される。
【００２９】
最終的に後述するように障壁層７はひさし状になることから、ある程度の剛性が必要となる。次に図７に示す如く、ホトレジスト膜６をマスクとして障壁層７の一部をエッチング等し障壁層７に開口４０を形成する。エッチング等にはドライエッチングやウェットエッチングが含まれるが障壁層７が樹脂の場合は有機溶剤等での溶解も含まれる。次に図８に示す如く、障壁層７等をマスクにして支持体５にエッチングやレーザービーム照射、サンドブラスト等を行い、支持体５の表面から裏面にかけて受光素子１形成領域を露出する貫通孔２０を形成する。
【００３０】
この後、露出した接着層４及びホトレジスト膜６がドライエッチング等で除去される。貫通孔２０の口径は図示の如く障壁層７の開口４０より大きくなる。そのため半導体基板２の表面に垂直に入射した光は貫通孔側壁１３で反射されることがなく、垂直入射光の周辺のコリメートされない斜めに入射する光による貫通孔側壁１３での反射光も大幅に低減されるので、いわゆる迷光による受光素子のノイズは大幅に低減する。
【００３１】
次に第３の実施形態について、図９乃至図１０に基づいて説明する。第１の実施形態と同様の構成及び製造工程については、同一符号を付してその説明は省略する。まず、第１の実施形態の図１、図２で示される作業により図９に示す如く、貫通孔２０が形成された支持体５を有する半導体基板２を準備する。図２の場合は貫通孔側壁１３がオーバーハング形状を有していたが本実施形態では図９に示すような一般的な傾斜角を有していれば良い。
【００３２】
次に図１０に示す如く接着層８を介して、貫通孔２０の口径より小さな開口５０を有する障壁層９が支持体５の上に接着される。この場合も図示の如く貫通孔側壁１３はひさし状に張り出した障壁層９の開口５０の位置より奥側に配置されることになるため、半導体基板２の表面に垂直に入射した光の貫通孔側壁１３での反射光はなくなり、またコリメートされず斜めに入射した光による反射光も大幅に低減する。従って、反射光による、即ち、いわゆる迷光による受光素子のノイズも大幅に低減される。
【００３３】
最後に第１の実施形態を示す図３、図４、図５、第２の実施形態を示す図８、及び第３の実施形態を示す図１０に示された受光素子１を含む半導体基板２それぞれに対して貫通電極１０、外部接続用の導電端子１１を形成することにより、図３、図１０の場合を例にとり図１１、図１２に示されるようなＣＳＰ構造の半導体装置６０，７０等が完成する。
【００３４】
なお、貫通電極１０、導電端子１１の形成方法について図１１または図１２に従い、以下に簡単に説明する。まず半導体基板２に、当該半導体基板２の貫通孔２０に面する側の反対側である裏面から、前記配線３の裏面に至る貫通孔を所定の工程により形成する。次に前記貫通孔２０内及び半導体基板２の裏面を被覆する酸化膜等からなる絶縁膜をＣＶＤ等により形成する。その後、前記配線３の裏面に形成された絶縁膜を除去した後、所定の工程により、前記貫通孔に前記配線３の裏面に接続する貫通電極１０を形成する。貫通電極１０はバリア層としてのＴｉ等、シード層としてのＮｉ等、充填金属としてのＣｕ等から構成される。最後に半導体基板２の裏面に露出した貫通電極１０に対して電解メッキ等によりＣｕ等からなる導電端子１１を形成する。
【００３５】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることは無く、その要旨を逸脱しない範囲で変更が可能であることは言うまでもない。以上の説明では、ＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）型の半導体装置について説明したが、本発明はボール状の導電端子を有さないＬＧＡ（Ｌａｎｄ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）型やその他のＣＳＰ型半導体装置に適用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図１１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係る半導体装置を説明する断面図である。
【図１３】従来の半導体装置を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１  受光素子    ２  半導体基板    ３  配線    ４、８  接着層
５  支持体    ６  ホトレジスト膜    ７、９  障壁層    １０  貫通電極
１１  導電端子    １３  貫通孔側壁    １４  貫通孔側壁中央部
２０  貫通孔    ３０，４０，５０  開口    １００  半導体基板
１０１  半導体素子    １０２  配線    １０３  絶縁膜    
１０４  パッシベーション膜    １０５  支持体    １０６  接着層
１０７  絶縁膜    １０８  第２配線    １０９  保護層
１１０  導電端子    ６０，７０，１２０  半導体装置
【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】
2009267152.tif 000009
【図８】
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【図９】
2009267152.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2009267152.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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