JP2007189182A - 光検出半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】受光面31aを有する集積回路素子3の表面に、受光面31aを除いて、表面自由エネルギーが低い薄膜10を形成することにより、受光面31aが薄膜10の表面に対して凹となる段差dが形成されるとともに、受光面31aを避けて、表面張力が大きくかつ粘性がある封止用樹脂を塗布することにより、受光面31a上に開口部8を有した封止部9を形成する。
【選択図】図2
Description
そして、光透過率が悪化すると再生出力信号レベルが低下し、再生信号のS/Nが悪化するため記録されているデータの再生に支障が生じることになる。
図1に示した光検出半導体装置100は、下記特許文献1に開示されたもので、受光部111を有する集積回路素子101と、リード片102と、これらを電気的に接続するワイヤ104と、受光部111の表面を覆う薄膜113とを、封止部103によって封止した構造である。但し、封止部103には、受光部111の上方の入光側表面に、円錐台形状の孔部106を設けている。
まず、内部に貫通孔が形成されたピンと、ピン挿入用の孔が形成された封止用樹脂の成形型とを用意しておく。そして、受光部111の上に薄膜113を形成した集積回路素子101にワイヤ104を介してリード片102を接続した素子ユニットを前記成形型内にセットして、前記素子ユニットの周囲全域に封止用樹脂を流し込む。その後、薄膜113の表面にピンの貫通孔を介して気体を吹き付けたり、ピンの貫通孔を介して封止用樹脂を吸い取ったりすることで、受光部111の表面側を覆う封止用樹脂を取り除くことで、孔部106とする。
図2は本発明による光検出半導体装置の一実施の形態を示すものであり、図2(a)は一実施の形態の光検出半導体装置の平面図であり、図2(b)はA−A線断面図である。
即ち、受光面31aの表面の位置は、薄膜10の表面よりも1μm以上低い位置になっている。
そして、プリント配線板6に搭載された集積回路素子3、ボンディングワイヤー1、チップコンデンサ4を覆うように封止用樹脂が塗布されて封止部9が形成されている。
図2(b)に示すように、薄膜10の上に塗布された封止用樹脂は、開口部10aを形成している薄膜10の段差の部分では表面張力により、受光面31a側には流れ込まない。従って、封止部9も、受光面31aを露出させる封止用樹脂の塗布膜厚以上の開口部寸法を有する開口部9aを有した構造になり、受光面31aの上には、開口部10a及び開口部9aにより、封止用樹脂が入り込まない開口部8が形成される。
段差dは、薄膜10の膜厚で、受光面31aの表面から薄膜10の表面までの距離である。この段差dが少なくとも1μm以上となるように、薄膜10は形成されている。
このように段差dを設定することで、薄膜10上に塗布された封止用樹脂が開口部8側に流れることを防止でき、封止用樹脂の付着による受光面31aの汚れを防止して、製造上の歩留まりを大きく改善できる。
つまり、製造工程において封止用樹脂を流し込む際、この薄膜10の段差部分で生じる表面張力により、封止用樹脂が開口部8へ入り込むのを防いでいるのである。
図4(a)において、符合17は、受光素子31を含んだ集積回路素子3が多数個集まったシリコンウエハーである。使用するウエハー17のプロセスはアルミ配線工程の前まで終了している。つまり回路素子の形成工程まで完了しているとする。
図5(a)において、側縁を密着させて隣接する2枚のプリント配線板6上には集積回路素子3が搭載され、プリント配線板6と集積回路素子3との間はボンディングワイヤー1で接続されている。2枚のプリント配線板6の境界位置の上方に配置されたノズル11は、これらのプリント配線板6に向けて所定の噴射速度で封止用樹脂を吐出する。
封止用樹脂の充填処理後、封止用樹脂が光硬化性樹脂である場合は光により硬化し、熱硬化性樹脂である場合は加熱により硬化する。
一方、受光面31aは封止用樹脂では保護されないが、その表面に薄くプラズマ窒化膜を付着することにより耐湿性を改善する事ができる。また反射防止膜を付けても良い。
薄膜10をポリイミド樹脂にて形成する方法は以下のようにする。
図4(b)において集積回路素子3のチップ表面にポリイミド樹脂をスピンコートする。
次に、ウエハー上に受光素子31周辺の開口部10a、ボンディングパッド部、スクライブエリアなどのパターンをステッパ等で露光後、現像してこれらの部分の膜を取り除く。
そして、約300℃の温度で1時間程度ベークしてこのポリイミド膜を焼き固めて、薄膜10として完成させる。
ぬれ性は薄膜10の表面自由エネルギー、薄膜10の表面の粗さ、封止用樹脂の表面張力などで決まる。
本願発明者は試作実験の結果から、集積回路素子3の表面を被覆する薄膜10の開口部10aにおいて、薄膜10と封止用樹脂の接触角θ(図3参照)を30°以上にすることが望ましいことを見出した。
接触角θが30°以上になるように薄膜の材料と封止用樹脂の材料を選定するのである。接触角を30°以上にするには、表面自由エネルギーが低い薄膜材料と表面張力が大きい封止用樹脂材料の組み合わせを選択すればよい。
接触角θは、図3に示すように、固体と液体の界面(水平線)と液滴端での接線とがなす角のことであり、固体と液体とのぬれ性を計量的に示す尺度である。接触角θが大きいほどぬれにくくなり、接触角θが小さいほどぬれ易くなる。
本願発明者は試作実験の結果から、塗布時点での封止用樹脂の粘度は10Pa・s(パスカル・秒)以上が望ましいことを知見した。
封止用樹脂の粘度が小さいと樹脂が硬化するまでの間に、外部からのわずかな機械的衝撃によって封止用樹脂が開口部10a内に流れ込んでしまい、受光面31aへの封止用樹脂の付着汚れにより、歩留まりを極端に悪化させてしまう。
付加する有機物の分子量を大きくすると粘度は増加し、分子量を小さくすると粘度は減少する。
今回の試作実験にはシリコーン系の樹脂を用いた。
また、市販されている紫外線硬化樹脂であるスリーボンド3130Bなどのエポキシ系樹脂を用いても良い。
図6は、封止用樹脂としてSiO2微細粒子を含むシリコーン系樹脂を用いて試作した光検出半導体装置の一例を示す写真である。図6に示すように、封止用樹脂が受光面8に流れ込んでいないことがわかる。
従って、製造時に受光面31aが封止用樹脂の付着によって汚れることがなく、封止用樹脂の付着汚れに起因した製品歩留まりの低下を防止して、生産性を向上させることができる。
上記光検出半導体装置15の場合、受光素子31の受光面31aの上には光エネルギーの影響による変質で透明度が悪化する封止部9が存在していない。そのため、波長500nm以下の短波長の光に対して感度を有する受光素子31を採用することで、高密度の記録再生に適したものになり、例えば波長が405nmのレーザーを使用するBD(ブルーレイディスク)等に使用可能な光検出半導体装置に仕上げることができ、光ディスク装置の記録密度の記録密度向上を図ることができる。
このため、光エネルギーの高い短波長のレーザーが受光面に照射される場合でも、封止部9の変質が受光面31aへの光透過率に影響を及ぼすことがなく、光検出性能を長期に渡って安定維持することが可能になり、光ピックアップに用いるレーザーの短波長化も図り易くなる。
また、封止部9を形成するために集積回路素子3の表面に封止用樹脂を塗布するが、集積回路素子3の表面には予め受光面31aを除く範囲に薄膜10が形成されており、封止用樹脂は受光面31aを除く範囲、即ち、薄膜上に塗布されることになる。薄膜上に塗布された封止用樹脂は、受光面31aを露出するために薄膜10に形成された開口部10aにおける段差に到達すると、そこで作用する表面張力のために、開口部10aの内側、即ち受光面31a側には流れない。従って、薄膜10上に封止用樹脂を塗布する作業は、それほど正確に行わなくとも、封止用樹脂が受光面31a側に流れることがなく、封止部9に受光面31aを露出させる開口部8を形成することが容易にできる。
また、薄膜の開口部10aの段差によって封止用樹脂が受光面31aに流れることを防止できるため、製造時に受光面31aが封止用樹脂の付着によって汚れることがなく、封止用樹脂の付着汚れに起因した製品歩留まりの低下を防止して、生産性を向上させることもできる。
上記接触角θを30°以上に設定して、その条件を満足する範囲内で、表面自由エネルギーが低い薄膜材料と表面張力が大きい封止用樹脂材料の組み合わせを選択すれば、薄膜の開口部10aの段差に働く表面張力で封止用樹脂が開口部内に流れることを確実に防止することができ、封止部9の製造時におけるプロセス管理を容易にすると同時に、製品歩留まりの向上を図ることが可能になる。
これにより、薄膜形成工程で形成した薄膜10の上に封止用樹脂を塗布するという簡単な処理で、受光面31aに封止用樹脂が付着することを防止して、受光面31aを露出させる開口部8を有した封止部9を安定形成することができ、光検出半導体装置15を歩留まり良く製造することが可能になる。
2 配線パターン
3 集積回路素子
4 チップコンデンサ
5 ボンディングパッド
6 プリント配線板
8 開口部
9 封止部
9a 開口部
10 薄膜
10a 開口部
31 受光素子(受光部)
31a 受光面
Claims (12)
- 受光面を有する受光素子を含む集積回路素子と、この集積回路素子を封止する封止部とを備え、前記封止部には前記受光面を露出させる開口部が形成された光検出半導体装置であって、
前記集積回路素子の表面に、表面自由エネルギーが低い薄膜を前記受光面を除いて形成することにより、前記受光面が前記薄膜の表面に対して凹となる段差が形成されるとともに、表面張力が大きくかつ粘性がある封止用樹脂を前記受光面を避けて塗布することにより、前記封止部を形成したことを特徴とする光検出半導体装置。 - 前記薄膜は、窒化膜からなることを特徴とする請求項1記載の光検出半導体装置。
- 前記薄膜は、ポリイミド膜であることを特徴とする請求項1に記載の光検出半導体装置の製造方法。
- 前記段差が1μm以上であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の光検出半導体装置。
- 前記開口部は円形もしくは楕円形に形成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の光検出半導体装置。
- 前記封止用樹脂と前記薄膜とは接触角が30度以上であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載の光検出半導体装置。
- 前記封止用樹脂の硬化前の粘度は10パスカル・秒以上であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の光検出半導体装置。
- 前記受光素子は、波長500nm以下の光に対して感度を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一項に記載の光検出半導体装置。
- 前記封止用樹脂は、SiO2微細粒子を含むシリコーン系の樹脂であることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか一項に記載の光検出半導体装置。
- 受光面を有する受光素子を含む集積回路素子と、この集積回路素子を封止する封止部とを備え、前記封止部は前記受光面を露出させる開口部を有する光検出半導体装置の製造方法であって、
前記集積回路素子の表面に、表面自由エネルギーが低い薄膜を前記受光面を除いて形成することにより、前記受光面が前記薄膜の表面に対して凹となる段差が形成される薄膜形成工程と、
表面張力が大きくかつ粘性がある封止用樹脂を前記受光面を避けて塗布することにより前記封止部を形成する工程と、を含むことを特徴とする光検出半導体装置の製造方法。 - 前記薄膜形成工程は、前記集積回路素子の表面に窒化膜を形成する工程からなることを特徴とする請求項10記載の光検出半導体装置の製造方法。
- 薄膜形成工程は、前記段差が1μm以上となるように、前記薄膜の膜厚を設定することを特徴とする請求項10又は11に記載の光検出半導体装置の製造方法。
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