JP2009170445A - Manufacturing method of semiconductor device, and semiconductor device - Google Patents

Manufacturing method of semiconductor device, and semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2009170445A
JP2009170445A JP2008003357A JP2008003357A JP2009170445A JP 2009170445 A JP2009170445 A JP 2009170445A JP 2008003357 A JP2008003357 A JP 2008003357A JP 2008003357 A JP2008003357 A JP 2008003357A JP 2009170445 A JP2009170445 A JP 2009170445A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
sintered body
semiconductor device
manufacturing
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008003357A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takafumi Fukumoto
貴文 福本
Masaki Hirota
正樹 廣田
Yukie Hirose
志恵 広瀬
Yoshimi Ota
最実 太田
Yasuhiro Fukuyama
康弘 福山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
Priority to JP2008003357A priority Critical patent/JP2009170445A/en
Publication of JP2009170445A publication Critical patent/JP2009170445A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a semiconductor device capable of preventing degradation of bonding strength even when a second substrate and a first substrate formed by sintering are subjected to surface activated bonding; and a semiconductor device. <P>SOLUTION: In this manufacturing method of a semiconductor device, a semiconductor device having a chip substrate 160 mounted with an infrared sensor 1620, and a sealing substrate 10 sealing the infrared sensor 1620 by being bonded to the chip substrate 160 is manufactured. The sealing substrate 10 is provided with a sintered body 111 formed by sintering, and a film 132 having less crystalline grains compared to the sintered body 111 and having an aligned plane orientation. The manufacturing method includes processes of: forming a film 130 (132) on a sintered body 110 (111); and bringing the chip substrate 160 into surface activated bonding with the film 132 at room temperature. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、第1の基板と第2の基板を表面活性化接合してなる半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device formed by surface activation bonding a first substrate and a second substrate, and a semiconductor device.

従来、回路基板とキャップを常温接合した半導体装置がある(特許文献1参照)。上記回路基板はSAW素子を実装している。上記キャップはシリコンからなり、キャビティを有する。上記半導体装置の製造方法は、表面活性化常温接合法を用いている。すなわち、回路基板とキャップとの接合部に、表面活性化処理を実施した後、常温接合する。このようにして、SAW素子を封止している。
特開2004−312474号公報
Conventionally, there is a semiconductor device in which a circuit board and a cap are joined at room temperature (see Patent Document 1). The circuit board is mounted with a SAW element. The cap is made of silicon and has a cavity. The semiconductor device manufacturing method uses a surface activated room temperature bonding method. That is, after the surface activation process is performed on the joint between the circuit board and the cap, the room temperature bonding is performed. In this way, the SAW element is sealed.
JP 2004-31474 A

しかしながら、焼結によってキャップを成形した場合、キャップに多結晶からなる結晶粒が存在するとともに、キャップの面方位はバラバラになる。このため、従来の半導体装置の製造方法により、回路基板とキャップとの接合部に表面活性化処理を実施しても十分に処理できず、接合強度の低下を招来するといった問題があった。   However, when the cap is formed by sintering, polycrystal grains exist in the cap, and the surface orientation of the cap varies. For this reason, the conventional semiconductor device manufacturing method has a problem that even if the surface activation treatment is performed on the joint portion between the circuit board and the cap, the treatment cannot be sufficiently performed and the joint strength is lowered.

本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、焼結によって形成された第2の基板と第1の基板を表面活性化接合しても、接合強度の低下を抑制できる半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of these problems, and manufacture of a semiconductor device capable of suppressing a decrease in bonding strength even when surface-activated bonding is performed between a second substrate formed by sintering and the first substrate. It is an object to provide a method and a semiconductor device.

上記目的達成のため、本発明に係る半導体装置の製造方法では、電子部品が実装された第1の基板に対して、焼結によって形成され且つ焼結体と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った膜とを備える第2の基板とを接合することで、前記部品を封止する。   In order to achieve the above object, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the first substrate on which the electronic component is mounted is formed by sintering and has fewer crystal grains than the sintered body, The component is sealed by bonding a second substrate having a film with a uniform orientation.

本発明に係る半導体装置の製造方法では、焼結体と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った上記膜を、焼結体に形成しているので、接合部に隙間を作ることなく、焼結によって形成された第2の基板と第1の基板とを表面活性化接合することができ、接合強度の低下を抑制できる。   In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the film having fewer crystal grains and having the same plane orientation is formed on the sintered body as compared with the sintered body, so that no gap is formed in the joint. The second substrate formed by sintering and the first substrate can be surface-activated bonded, and a decrease in bonding strength can be suppressed.

以下に、本発明の第1乃至第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法および当該製造方法を用いて製造された半導体装置について、図1乃至図7を参照して説明する。   A semiconductor device manufacturing method and a semiconductor device manufactured using the manufacturing method according to the first to fifth embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

(第1の実施形態)
まず、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置について、図1を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置の構造を示す図である。図1(a)は上記半導体装置の平面図であり、図1(b)は矢視AAから見た断面図である。図1(c)は、膜132にマイクロレンズ1321を形成した場合の図1(a)相当図である。
(First embodiment)
First, a semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram showing a structure of a semiconductor device manufactured by using the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view of the semiconductor device, and FIG. 1B is a cross-sectional view as viewed from an arrow AA. FIG. 1C is a view corresponding to FIG. 1A when the microlens 1321 is formed on the film 132.

図1(a)、(b)に示すように、上記半導体装置は、第1の基板であるチップ基板160、第2の基板である封止用基板10および金属バンプ150を有している。チップ基板160は、電子部品である赤外線センサ1620を表面中央に実装している。当該半導体装置では、チップ基板160の表面に外枠を周回させるような形で封止用基板10を配置する。そして、チップ基板160と封止用基板10とを表面活性化常温接合し、赤外線センサ1620を真空封止している。また、チップ基板160は、赤外線センサ1620の実装位置下方に空洞部1610を有する。空洞部1610は、赤外線センサ1620の特性を上げるために、エッチング等で形成されている。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the semiconductor device includes a chip substrate 160 that is a first substrate, a sealing substrate 10 that is a second substrate, and metal bumps 150. The chip substrate 160 has an infrared sensor 1620 as an electronic component mounted on the center of the surface. In the semiconductor device, the sealing substrate 10 is arranged on the surface of the chip substrate 160 so as to circulate the outer frame. Then, the chip substrate 160 and the sealing substrate 10 are surface-activated at room temperature and the infrared sensor 1620 is vacuum-sealed. Further, the chip substrate 160 has a hollow portion 1610 below the mounting position of the infrared sensor 1620. The cavity 1610 is formed by etching or the like to improve the characteristics of the infrared sensor 1620.

一方、封止用基板10は、焼結によって形成された焼結体111と、焼結体111と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った膜132を備える。更に、封止用基板10は、チップ基板160からの信号を当該半導体装置外に出力するため、少なくとも1個以上の貫通電極配線140を有する。ここで、焼結体111の材料は、赤外線を透過させるため、ZnS、ZnSe、Ge、カルコゲナイドガラス等が望ましい。膜132は、赤外線を透過させる透過部1320と、チップ基板160の外枠と接合する接合部1325からなる。貫通電極配線140は、Cu、半田等の金属で充填されており、気密構造となっている。そして、貫通電極配線140とチップ基板160は、金属バンプ150を介して導通している。金属バンプ150は、Au、Cu、Al、半田等の金属を用いれば良い。なお、図1(c)に示すように、集光率を上げるために、封止用基板11の透過部1320にマイクロレンズ1321を形成することもできる。封止用基板11は、焼結体112の形状およびマイクロレンズ1321以外、封止用基板10と同じである。   On the other hand, the sealing substrate 10 includes a sintered body 111 formed by sintering, and a film 132 having fewer crystal grains and having a uniform plane orientation as compared with the sintered body 111. Further, the sealing substrate 10 has at least one through electrode wiring 140 in order to output a signal from the chip substrate 160 to the outside of the semiconductor device. Here, the material of the sintered body 111 is preferably ZnS, ZnSe, Ge, chalcogenide glass or the like in order to transmit infrared rays. The film 132 includes a transmission part 1320 that transmits infrared rays and a joint part 1325 that joins the outer frame of the chip substrate 160. The through electrode wiring 140 is filled with a metal such as Cu or solder and has an airtight structure. The through electrode wiring 140 and the chip substrate 160 are electrically connected through the metal bump 150. The metal bump 150 may be made of a metal such as Au, Cu, Al, or solder. In addition, as shown in FIG.1 (c), in order to raise a condensing rate, the micro lens 1321 can also be formed in the permeation | transmission part 1320 of the board | substrate 11 for sealing. The sealing substrate 11 is the same as the sealing substrate 10 except for the shape of the sintered body 112 and the microlens 1321.

次に、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について図2を参照して説明する。図2は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面工程図である。ここで、図2(a)は、型枠である成形用型100によって焼結体110を形成する工程であり、図2(b)は、成形用型100を取外す工程である。図2(c)は、焼結体110と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った膜130を、焼結体110に形成する工程であり、図2(d)は、貫通電極配線140を形成する工程である。図2(e)は、膜131を平坦化するため、研磨する工程であり、図2(f)は、チップ基板160と膜132を表面活性化常温接合する工程である。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional process diagram illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. Here, FIG. 2A is a step of forming the sintered body 110 by the molding die 100 that is a mold, and FIG. 2B is a step of removing the molding die 100. FIG. 2C shows a step of forming a film 130 with fewer crystal grains and a uniform plane orientation on the sintered body 110 as compared with the sintered body 110. FIG. 2D shows a through electrode wiring. 140 is a step of forming 140. FIG. 2E shows a step of polishing in order to planarize the film 131, and FIG. 2F shows a step of surface activation room temperature bonding between the chip substrate 160 and the film 132.

図2(a)に示す工程では、成形用型100に粉状の材料を充填し、焼結によって焼結体110を形成する。なお、製法はホットプレス法等を用いれば良い。例えば、焼結体110の材料をZnSとした場合、焼結温度は約1000℃の環境下で約5分程度、数10MPa加圧すれば焼結体110が形成される。次に、図2(b)に示す工程では、成形用型100を焼結体110から取外す。本工程により、焼結体110は成形用型100の形状がそのまま転写される。すなわち、焼結体110の片側にはザグリが形成される。   In the step shown in FIG. 2A, the molding die 100 is filled with a powdery material, and the sintered body 110 is formed by sintering. The manufacturing method may be a hot press method or the like. For example, when the material of the sintered body 110 is ZnS, the sintered body 110 is formed if the sintering temperature is about 1000 minutes under an environment of about 1000 ° C. for about 5 minutes. Next, in the step shown in FIG. 2B, the molding die 100 is removed from the sintered body 110. Through this step, the shape of the molding die 100 is transferred to the sintered body 110 as it is. That is, a counterbore is formed on one side of the sintered body 110.

次に、図2(c)に示す工程では、焼結体110と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った膜130を、焼結体110のザグリがある側の表面に形成する。膜130を形成する方法は、熱CVD法、有機金属気相成長法などのCVD法(化学気相成長法)、もしくはスパッタリング、熱蒸着などのPVD法(物理気相成長法)、もしくはめっき等を用いれば良い。いずれにしても、膜130が均一な膜質を得られるようにする。膜130の材料がZnSの場合は、CVD法が望ましい。ここで、膜130は、焼結体110のザグリがある側の表面全面に形成される。これにより、透過部1320および接合部が形成される。膜130の膜厚は、ラッピング、研磨しても焼結体110が出てこないような十分の厚さが必要であり、50μm厚程度にしておけば問題ない。なお、膜130の材料は、赤外線が透過できる材料に限られる。すなわち、焼結体110の材料と同じ材料、または、赤外線が透過できる金属が望ましい。例えば、上記金属として、Al、Cu、AuまたはNiを用いることができる。   Next, in the step shown in FIG. 2C, a film 130 having fewer crystal grains and having a uniform plane orientation than the sintered body 110 is formed on the surface of the sintered body 110 on the side with the counterbore. A method for forming the film 130 is a CVD method (chemical vapor deposition method) such as a thermal CVD method or a metal organic chemical vapor deposition method, a PVD method (physical vapor deposition method) such as sputtering or thermal evaporation, or plating. Should be used. In any case, the film 130 can obtain a uniform film quality. When the material of the film 130 is ZnS, the CVD method is desirable. Here, the film 130 is formed on the entire surface of the sintered body 110 on the side where the counterbore is present. Thereby, the transmission part 1320 and a junction part are formed. The film 130 needs to have a sufficient thickness so that the sintered body 110 does not come out even when lapping and polishing, and there is no problem if it is about 50 μm thick. Note that the material of the film 130 is limited to a material that can transmit infrared rays. That is, the same material as the material of the sintered body 110 or a metal that can transmit infrared rays is desirable. For example, Al, Cu, Au, or Ni can be used as the metal.

次に、図2(d)に示す工程では、貫通電極配線140を形成する。具体的には、まず、膜130および焼結体110にドリルやレーザ等で微細な孔を開ける。めっき等で、Cu、半田等の金属を上記孔に充填する。これにより、貫通電極配線140を形成し、膜131および焼結体111とする。次に、図2(e)に示す工程では、膜131の接合部を平坦化する。平坦化する方法としては、まず、膜131の接合部の高さバラツキを取り除くために大まかに研磨する。そして、膜131の接合部の表面粗さRaが10nm以下程度になったところで、微細に研磨を行う。具体的には、焼結体111側を研磨用治具151で固定する。膜131をパッド152に押し当てて、最終的に、膜131の接合部の表面が原子レベルで平坦化するまで、研磨する。   Next, in the step shown in FIG. 2D, the through electrode wiring 140 is formed. Specifically, first, fine holes are drilled in the film 130 and the sintered body 110 with a drill or a laser. The hole is filled with a metal such as Cu or solder by plating or the like. Thereby, the through electrode wiring 140 is formed, and the film 131 and the sintered body 111 are formed. Next, in the step shown in FIG. 2E, the bonding portion of the film 131 is planarized. As a flattening method, first, rough polishing is performed in order to remove the height variation of the joint portion of the film 131. Then, when the surface roughness Ra of the joint portion of the film 131 is about 10 nm or less, fine polishing is performed. Specifically, the sintered body 111 side is fixed with a polishing jig 151. The film 131 is pressed against the pad 152 and finally polished until the surface of the bonding portion of the film 131 is flattened at the atomic level.

次に、図2(f)に示す工程では、原子レベルで平坦化した膜132の接合部1325とチップ基板160を表面活性化常温接合する。表面活性化常温接合は真空中で行われるため、赤外線センサ1620は真空封止される。具体的には、赤外線センサ1620からの信号を封止用基板10側から取り出すために、赤外線センサ1620から配線を引き回しておく。赤外線センサ1620からの配線の終端に電極パッドを形成し、電極パッド上に金属バンプ150を配置する。更に、封止用基板10における貫通電極配線140の位置と金属バンプ150が一致するようにアライメントしながら、膜132とチップ基板160を表面活性化常温接合する。金属バンプ150と貫通電極配線140は熱をかけないため、接触して弾性変形する。これにより、金属バンプ150と貫通電極配線140は導通する。したがって、金属バンプ150の高さは、チップ基板160と封止用基板10の間の高さより若干高くする。更に、応力がなるべく発生しないように、全て均一の状態にしておく。なお、バンプはワイヤバンプ、あるいはめっきバンプを用いれば良い。   Next, in the step shown in FIG. 2F, surface-activated room temperature bonding is performed between the bonding portion 1325 of the film 132 flattened at the atomic level and the chip substrate 160. Since the surface activated room temperature bonding is performed in a vacuum, the infrared sensor 1620 is sealed in a vacuum. Specifically, in order to take out a signal from the infrared sensor 1620 from the sealing substrate 10 side, wiring is routed from the infrared sensor 1620. An electrode pad is formed at the end of the wiring from the infrared sensor 1620, and the metal bump 150 is disposed on the electrode pad. Further, the film 132 and the chip substrate 160 are surface-activated at room temperature bonding while being aligned so that the position of the through-electrode wiring 140 on the sealing substrate 10 and the metal bump 150 coincide. Since the metal bump 150 and the through electrode wiring 140 do not apply heat, they contact and elastically deform. Thereby, the metal bump 150 and the through electrode wiring 140 are electrically connected. Therefore, the height of the metal bump 150 is slightly higher than the height between the chip substrate 160 and the sealing substrate 10. Furthermore, all are made uniform so that stress is not generated as much as possible. The bump may be a wire bump or a plating bump.

以上より、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、焼結体110と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った膜130を焼結体110に形成する工程を含む。また、チップ基板160と膜132を表面活性化常温接合する工程を含む。これにより、接合部1325とチップ基板160との間に隙間を作ることなく、焼結によって形成された封止用基板10とチップ基板160とを表面活性化常温接合することができ、接合強度の低下を抑制できる。よって、接合強度が不足した不良品が増加し、歩留まりが悪化することを抑制できる。   As described above, the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment includes the step of forming the film 130 with fewer crystal grains and the same plane orientation on the sintered body 110 as compared with the sintered body 110. Also included is a step of surface activation room temperature bonding of the chip substrate 160 and the film 132. Thereby, the surface-activated normal temperature bonding of the sealing substrate 10 and the chip substrate 160 formed by sintering can be performed without forming a gap between the bonding portion 1325 and the chip substrate 160, and the bonding strength can be increased. Reduction can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress an increase in the number of defective products having insufficient bonding strength and a deterioration in yield.

また、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、成形用型100に粉状の材料を充填し、焼結によって焼結体110を形成する。これにより、焼結体110を任意の形状に形成できる。例えば、図1(c)に示した焼結体112のような複雑な形状にすることもできる。また、焼結体110の材料をZnSとした場合には、8μm〜12μmの赤外線を透過させることができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, the molding die 100 is filled with a powdery material, and the sintered body 110 is formed by sintering. Thereby, the sintered compact 110 can be formed in arbitrary shapes. For example, a complicated shape such as the sintered body 112 shown in FIG. Further, when the sintered body 110 is made of ZnS, infrared rays of 8 μm to 12 μm can be transmitted.

また、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、CVD法、PVD法、めっき等によって、焼結体110に膜130を形成する工程を含む。更に、膜131の接合部を研磨する工程を含む。更に、膜130が均一な膜質を得られるようにしている。これより、研磨時のエッチングレートが均一となる。これから、膜131の接合部の表面粗さRaが1nm以下まで平坦化できる。よって、表面活性化常温接合による、チップ基板160と封止用基板10との接合強度が高くなる。すなわち、真空封止した際の気密性等の信頼性が上がると同時に、歩留りも大幅に向上する。   Further, the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment includes a step of forming the film 130 on the sintered body 110 by CVD, PVD, plating, or the like. Furthermore, the process of grind | polishing the junction part of the film | membrane 131 is included. Further, the film 130 can obtain a uniform film quality. Thereby, the etching rate at the time of polishing becomes uniform. From this, the surface roughness Ra of the joint portion of the film 131 can be flattened to 1 nm or less. Therefore, the bonding strength between the chip substrate 160 and the sealing substrate 10 by surface activated room temperature bonding is increased. That is, the reliability such as airtightness when vacuum-sealing is improved, and the yield is greatly improved.

また、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、焼結体110の表面全面に膜130を形成する工程を含む。これから、膜130を部分的に形成する必要がなく、少ない工程数で形成できる。更に、膜130の材料を焼結体110の材料と同じ材料にした場合には、膜130の熱膨張係数等の特性と焼結体110の上記特性が同じになる。これから、熱応力による歪の影響を抑制できる。また、膜130の材料を、赤外線が透過できる金属、例えば、上記金属として、Al、Cu、AuまたはNiとした場合には、表面活性化処理後の表面粗さをさらに向上させることができる。更に、弾性変形によって撓むので、接合強度を向上させることができる。なお、膜130の材料をAlとした場合、酸化しやすいが、表面活性化すれば接合しやすい。また、Auとした場合、大気中でも酸化しないため、工程の管理が楽になる。更に、Auの弾性率が低いため、平坦度を緩和する効果も大きい。また、Cuとした場合、AlとAuの中間的な存在で、扱いやすい。   Further, the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment includes a step of forming the film 130 on the entire surface of the sintered body 110. Thus, it is not necessary to form the film 130 partially, and the film 130 can be formed with a small number of steps. Furthermore, when the material of the film 130 is the same as the material of the sintered body 110, the characteristics such as the thermal expansion coefficient of the film 130 and the above characteristics of the sintered body 110 become the same. From this, the influence of distortion due to thermal stress can be suppressed. In addition, when the material of the film 130 is a metal that can transmit infrared rays, for example, Al, Cu, Au, or Ni as the metal, the surface roughness after the surface activation treatment can be further improved. Furthermore, since it bends by elastic deformation, joint strength can be improved. When the material of the film 130 is Al, it is easy to oxidize, but when the surface is activated, it is easy to join. In addition, when Au is used, it is not oxidized even in the atmosphere, so the process management becomes easy. Furthermore, since the elastic modulus of Au is low, the effect of reducing the flatness is great. In addition, Cu is easy to handle because it is intermediate between Al and Au.

また、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、成形用型100によって焼結体110を形成する工程と、成形用型100を取外す工程とを含む。その後、焼結体110に膜130を形成する工程を含む。これにより、焼結体110から成形用型100を取外した後、膜130を形成するので、成形用型100を取外しやすくなる。更に、成形用型100の取外し後、ウエハ状態で扱えるため、膜130を形成する工程が容易になる。また、ZnSからなる膜130を形成した後、焼結体110を形成した場合、焼結時の熱により膜130の透過率が低下する。しかし、焼結体110を形成した後、膜130を形成しているので、膜130の透過率の低下を回避できる。   In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment includes a step of forming the sintered body 110 with the molding die 100 and a step of removing the molding die 100. Then, the process of forming the film | membrane 130 in the sintered compact 110 is included. Thereby, after removing the molding die 100 from the sintered body 110, the film 130 is formed, so that the molding die 100 can be easily removed. Furthermore, since the molding die 100 can be removed and handled in a wafer state, the process of forming the film 130 is facilitated. In addition, when the sintered body 110 is formed after the film 130 made of ZnS is formed, the transmittance of the film 130 is reduced by heat during sintering. However, since the film 130 is formed after the sintered body 110 is formed, a decrease in the transmittance of the film 130 can be avoided.

また、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置では、チップ基板160は赤外線センサ1620を実装している。そして、チップ基板160と封止用基板10を表面活性化常温接合することで、赤外線センサ1620を真空封止している。これから、外部からの衝撃、吸湿、ダストから赤外線センサ1620を保護することができる。   In the semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment, the chip substrate 160 is mounted with the infrared sensor 1620. And the infrared sensor 1620 is vacuum-sealed by carrying out surface activation normal temperature bonding of the chip substrate 160 and the sealing substrate 10. Thus, the infrared sensor 1620 can be protected from external impact, moisture absorption, and dust.

次に、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を、ウエハレベルチップスケールパッケージ(以下、ウエハレベルパッケージとする。)の製造に適用した適用例(以下、適用例とする。)について、図3を参照して説明する。また、本適用例に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置について、第1の実施形態と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。なお、図3(f)に示すように、本適用例に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置は、図1に示した半導体装置と同じ半導体装置を複数個備えた構造となっている。この後、個片化されて、図1に示した半導体装置と同じ半導体装置が複数同時に形成される。   Next, an application example (hereinafter referred to as an application example) in which the semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment is applied to manufacture of a wafer level chip scale package (hereinafter referred to as a wafer level package) will be described. This will be described with reference to FIG. In addition, regarding a semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device according to this application example, the same reference numerals are given to the same structures as those in the first embodiment, and description thereof is omitted. As shown in FIG. 3F, the semiconductor device manufactured by using the method for manufacturing a semiconductor device according to this application example has a structure including a plurality of the same semiconductor devices as the semiconductor device shown in FIG. It has become. Thereafter, the semiconductor devices are separated into a plurality of semiconductor devices that are the same as those shown in FIG.

図3は、図2に示す半導体装置の製造方法を、ウエハレベルパッケージの製造に適用した場合の工程を示す断面工程図である。ここで、図3(a)は、型枠である成形用型200によって焼結体210を形成する工程であり、図3(b)は、成形用型200を取外す工程である。図3(c)は、焼結体210と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った膜230を、焼結体210に形成する工程であり、図3(d)は、貫通電極配線140を形成する工程である。図3(e)は、膜231を平坦化するため、研磨する工程であり、図3(f)は、第1の基板であるチップ基板260と膜232を表面活性化常温接合する工程である。   FIG. 3 is a cross-sectional process diagram illustrating a process when the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 2 is applied to the manufacture of a wafer level package. Here, FIG. 3A is a step of forming the sintered body 210 by the molding die 200 which is a mold, and FIG. 3B is a step of removing the molding die 200. FIG. 3C shows a process of forming a film 230 with fewer crystal grains and a uniform plane orientation on the sintered body 210 as compared with the sintered body 210. FIG. 3D shows a through electrode wiring. 140 is a step of forming 140. FIG. 3E shows a step of polishing in order to planarize the film 231, and FIG. 3F shows a step of surface activation room temperature bonding of the chip substrate 260 and the film 232 as the first substrate. .

図3(a)に示す工程では、第1の実施形態と同様に、成形用型200に粉状の材料を充填し、焼結によって焼結体210を形成する。なお、製法はホットプレス法等を用いれば良い。例えば、焼結体210の材料をZnSとした場合、焼結温度は約1000℃の環境下で約5分程度、数10MPa加圧すれば焼結体210が形成される。次に、図3(b)に示す工程では、第1の実施形態と同様に、成形用型200を焼結体210から取外す。本工程により、焼結体210は成形用型200の形状がそのまま転写される。すなわち、焼結体210の片側にはザグリが形成される。   In the step shown in FIG. 3A, as in the first embodiment, the molding die 200 is filled with a powdery material, and the sintered body 210 is formed by sintering. The manufacturing method may be a hot press method or the like. For example, when the material of the sintered body 210 is ZnS, the sintered body 210 is formed if the sintering temperature is about 10 minutes under an environment of about 1000 ° C. for about 5 minutes. Next, in the step shown in FIG. 3B, the molding die 200 is removed from the sintered body 210 as in the first embodiment. By this step, the shape of the molding die 200 is transferred as it is to the sintered body 210. That is, a counterbore is formed on one side of the sintered body 210.

次に、図3(c)に示す工程では、第1の実施形態と同様に、焼結体210と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った膜230を、焼結体210のザグリがある側の表面全面に形成する。これにより、膜230の透過部および接合部が形成される。膜230を形成する方法はCVD法、PVD法(スパッタ、蒸着)、めっき等を用いれば良い。いずれにしても、膜230が均一な膜質を得られるようにする。膜230の材料がZnSの場合は、CVD法が望ましい。膜230の膜厚は、ラッピング、研磨しても焼結体210が出てこないような十分の厚さが必要であり、50μm厚程度にしておけば問題ない。なお、膜230の材料は、赤外線が透過できる材料に限られる。すなわち、焼結体210の材料と同じ材料、または、赤外線が透過できる金属が望ましい。例えば、上記金属として、Al、Cu、AuまたはNiを用いることができる。   Next, in the step shown in FIG. 3C, as in the first embodiment, the film 230 having fewer crystal grains and having the same plane orientation than the sintered body 210 is formed in the counterbore of the sintered body 210. It is formed on the entire surface on the side where there is. Thereby, the permeation | transmission part and junction part of the film | membrane 230 are formed. As a method for forming the film 230, a CVD method, a PVD method (sputtering, vapor deposition), plating, or the like may be used. In any case, the film 230 can obtain a uniform film quality. When the material of the film 230 is ZnS, the CVD method is desirable. The film 230 needs to have a sufficient thickness so that the sintered body 210 does not come out even when lapping and polishing, and there is no problem if it is about 50 μm thick. Note that the material of the film 230 is limited to a material that can transmit infrared rays. That is, the same material as the material of the sintered body 210 or a metal that can transmit infrared rays is desirable. For example, Al, Cu, Au, or Ni can be used as the metal.

次に、図3(d)に示す工程では、第1の実施形態と同様に、貫通電極配線140を形成する。具体的には、まず、膜230および焼結体210にドリルやレーザ等で微細な孔を開ける。めっき等で、Cu、半田等の金属を上記孔に充填する。これにより、貫通電極配線140を形成し、膜231および焼結体211とする。次に、図3(e)に示す工程では、第1の実施形態と同様に、膜231の接合部を平坦化する。平坦化する方法としては、まず、膜231の接合部の高さバラツキを取り除くために大まかに研磨する。そして、膜231の接合部の表面粗さRaが10nm以下程度になったところで、微細に研磨を行う。具体的には、焼結体211側を研磨用治具251で固定する。膜231をパッド252に押し当てて、最終的に、膜231の接合部の表面が原子レベルで平坦化するまで、研磨する。   Next, in the step shown in FIG. 3D, the through electrode wiring 140 is formed as in the first embodiment. Specifically, first, fine holes are drilled in the film 230 and the sintered body 210 with a drill or a laser. The hole is filled with a metal such as Cu or solder by plating or the like. Thereby, the through electrode wiring 140 is formed, and the film 231 and the sintered body 211 are formed. Next, in the step shown in FIG. 3E, the bonding portion of the film 231 is planarized as in the first embodiment. As a planarization method, first, rough polishing is performed in order to remove the height variation of the joint portion of the film 231. Then, when the surface roughness Ra of the joint portion of the film 231 becomes about 10 nm or less, fine polishing is performed. Specifically, the sintered body 211 side is fixed with a polishing jig 251. The film 231 is pressed against the pad 252 and finally polished until the surface of the bonding portion of the film 231 is planarized at the atomic level.

次に、図3(f)に示す工程では、第1の実施形態と同様に、原子レベルで平坦化した膜232の接合部とチップ基板260を表面活性化常温接合する。表面活性化常温接合は真空中で行われるため、赤外線センサ1620は真空封止される。具体的には、赤外線センサ1620からの信号を第2の基板である封止用基板20側から取り出すために、赤外線センサ1620から配線を引き回しておく。赤外線センサ1620からの配線の終端に電極パッドを形成し、電極パッド上に金属バンプ150を配置する。更に、封止用基板20における貫通電極配線140の位置と金属バンプ150が一致するようにアライメントしながら、膜232とチップ基板260を表面活性化常温接合する。金属バンプ150と貫通電極配線140は熱をかけないため、接触して弾性変形する。これにより、金属バンプ150と貫通電極配線140は導通する。したがって、金属バンプ150の高さは、チップ基板260と封止用基板20の間の高さより若干高くする。更に、応力がなるべく発生しないように、全て均一の状態にしておく。なお、バンプはワイヤバンプ、あるいはめっきバンプを用いれば良い。   Next, in the step shown in FIG. 3F, similarly to the first embodiment, the surface activating normal temperature bonding is performed between the bonding portion of the film 232 planarized at the atomic level and the chip substrate 260. Since the surface activated room temperature bonding is performed in a vacuum, the infrared sensor 1620 is sealed in a vacuum. Specifically, wiring is drawn from the infrared sensor 1620 in order to extract a signal from the infrared sensor 1620 from the sealing substrate 20 side which is the second substrate. An electrode pad is formed at the end of the wiring from the infrared sensor 1620, and the metal bump 150 is disposed on the electrode pad. Further, the film 232 and the chip substrate 260 are surface-activated at room temperature bonding while being aligned so that the position of the through-electrode wiring 140 on the sealing substrate 20 and the metal bump 150 coincide. Since the metal bump 150 and the through electrode wiring 140 do not apply heat, they contact and elastically deform. Thereby, the metal bump 150 and the through electrode wiring 140 are electrically connected. Therefore, the height of the metal bump 150 is slightly higher than the height between the chip substrate 260 and the sealing substrate 20. Furthermore, all are made uniform so that stress is not generated as much as possible. The bump may be a wire bump or a plating bump.

以上より、本適用例に係る半導体装置の製造方法では、第1の実施形態と同様の効果を取得できる。また、本適用例に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置は、図1に示した半導体装置と同じ半導体装置を複数個備えた構造となっている。これから、図1に示した半導体装置と同じ半導体装置を複数個同時に製造することが可能となり、コストを大幅に削減できる。更に、図1に示した半導体装置と同じ半導体装置を複数個備えた構造となっているので、図3(e)に示した工程において、研磨時の片当たりがなくなる。これから、均一に研磨されるため、膜231の接合部の平坦化精度が向上する。   As described above, the semiconductor device manufacturing method according to this application example can obtain the same effects as those of the first embodiment. In addition, a semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device according to this application example has a structure including a plurality of the same semiconductor devices as the semiconductor device shown in FIG. As a result, it becomes possible to simultaneously manufacture a plurality of the same semiconductor devices as the semiconductor device shown in FIG. 1, and the cost can be greatly reduced. Further, since the semiconductor device has a structure including a plurality of the same semiconductor devices as the semiconductor device shown in FIG. 1, in the process shown in FIG. Since the polishing is performed uniformly, the planarization accuracy of the joint portion of the film 231 is improved.

(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なる点を中心に図4を参照して説明する。また、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置について、第1の実施形態と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。なお、第2の実施形態に係る上記半導体装置は、第1の実施形態と同じである。図4は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面工程図である。ここで、図4(a)乃至図4(c)は、焼結体110に膜130を形成する工程である。具体的には、図4(a)は、型枠である成形用型300上に膜130を形成する第1の工程であり、図4(b)は、膜130上に焼結体110を形成する第2の工程である。図4(c)は、成形用型300、301を取外す第3の工程である。図4(d)乃至図4(f)は、図2(d)乃至図2(f)と同じ工程である。以下、図4(a)乃至図4(c)に示す工程のみ説明する。
(Second Embodiment)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. 4 focusing on differences from the method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. Also, with respect to a semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment, the same reference numerals are given to the same structures as those in the first embodiment, and description thereof is omitted. The semiconductor device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment. FIG. 4 is a cross-sectional process diagram illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment. Here, FIG. 4A to FIG. 4C are steps of forming the film 130 on the sintered body 110. Specifically, FIG. 4A shows a first step of forming the film 130 on the molding die 300 which is a mold, and FIG. 4B shows the sintered body 110 on the film 130. It is the 2nd process to form. FIG. 4C shows a third step of removing the molding dies 300 and 301. FIGS. 4D to 4F are the same steps as FIGS. 2D to 2F. Only the steps shown in FIGS. 4A to 4C will be described below.

図4(a)に示す工程では、成形用型300の表面全面に膜130を形成する。これにより、透過部1320および接合部が形成される。膜130を形成する方法は、第1の実施形態と同様に、CVD法、PVD法、めっき等を用いれば良い。いずれにしても、膜130が均一な膜質を得られるようにする。膜130の材料がZnSの場合は、CVD法が望ましい。膜130の膜厚は、第1の実施形態と同様に、50μm厚程度にしておけば問題ない。また、膜130から成形用型300を取外しやすくするため、予め、成形用型300の表面全面に離型材を塗っておいても良い。なお、膜130の材料は、第1の実施形態と同様に、赤外線が透過できる材料に限られる。すなわち、焼結体110の材料と同じ材料、または、赤外線が透過できる金属が望ましい。例えば、上記金属として、Al、Cu、AuまたはNiを用いることができる。   In the step shown in FIG. 4A, the film 130 is formed on the entire surface of the molding die 300. Thereby, the transmission part 1320 and a junction part are formed. As a method of forming the film 130, a CVD method, a PVD method, plating, or the like may be used as in the first embodiment. In any case, the film 130 can obtain a uniform film quality. When the material of the film 130 is ZnS, the CVD method is desirable. There is no problem if the thickness of the film 130 is about 50 μm as in the first embodiment. Further, in order to easily remove the molding die 300 from the film 130, a release material may be applied in advance to the entire surface of the molding die 300. In addition, the material of the film | membrane 130 is restricted to the material which can permeate | transmit infrared rays similarly to 1st Embodiment. That is, the same material as the material of the sintered body 110 or a metal that can transmit infrared rays is desirable. For example, Al, Cu, Au, or Ni can be used as the metal.

次に、図4(b)に示す工程では、型枠である成形用型301および膜130で囲まれた空間に、粉状の材料を充填する。焼結によって焼結体110を形成する。なお、製法はホットプレス法等を用いれば良い。例えば、焼結体110の材料をZnSとした場合、第1の実施形態と同様に、焼結温度は約1000℃の環境下で約5分程度、数10MPa加圧すれば焼結体110が形成される。次に、図4(c)に示す工程では、成形用型301を焼結体110から取外す。更に、成形用型300を膜130から取外す。本工程により、焼結体110は成形用型300の形状がそのまま転写される。すなわち、焼結体110の片側にはザグリが形成される。このようにして、焼結体110のザグリがある側の表面全面に、膜130を形成する。   Next, in the process shown in FIG. 4B, a powdery material is filled in the space surrounded by the molding die 301 and the film 130 which are the molds. The sintered body 110 is formed by sintering. The manufacturing method may be a hot press method or the like. For example, when the material of the sintered body 110 is ZnS, as in the first embodiment, the sintered body 110 can be formed by applying a pressure of several tens of MPa for about 5 minutes in an environment of about 1000 ° C. It is formed. Next, in the step shown in FIG. 4C, the molding die 301 is removed from the sintered body 110. Further, the mold 300 is removed from the membrane 130. By this step, the shape of the molding die 300 is transferred as it is to the sintered body 110. That is, a counterbore is formed on one side of the sintered body 110. In this way, the film 130 is formed on the entire surface of the sintered body 110 on the side where the counterbore is present.

以上より、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、焼結体110と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った膜130を焼結体110に形成する工程を含む。また、チップ基板160と膜132を表面活性化常温接合する工程を含む。これにより、接合部1325とチップ基板160との間に隙間を作ることなく、焼結によって形成された封止用基板10とチップ基板160とを表面活性化常温接合することができ、接合強度の低下を抑制できる。よって、接合強度が不足した不良品が増加し、歩留まりが悪化することを抑制できる。   As described above, the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment includes the step of forming, on the sintered body 110, the film 130 having fewer crystal grains than the sintered body 110 and having a uniform plane orientation. Also included is a step of surface activation room temperature bonding of the chip substrate 160 and the film 132. Thereby, the surface-activated normal temperature bonding of the sealing substrate 10 and the chip substrate 160 formed by sintering can be performed without forming a gap between the bonding portion 1325 and the chip substrate 160, and the bonding strength can be increased. Reduction can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress an increase in the number of defective products having insufficient bonding strength and a deterioration in yield.

また、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、成形用型300および膜130に囲まれた空間に、粉状の材料を充填する。焼結によって焼結体110を形成する。これにより、焼結体110を任意の形状に形成できる。例えば、図1(c)に示した焼結体112のような複雑な形状にすることもできる。また、焼結体110の材料をZnSとした場合には、8μm〜12μmの赤外線を透過させることができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment, the space surrounded by the molding die 300 and the film 130 is filled with a powdery material. The sintered body 110 is formed by sintering. Thereby, the sintered compact 110 can be formed in arbitrary shapes. For example, a complicated shape such as the sintered body 112 shown in FIG. Further, when the sintered body 110 is made of ZnS, infrared rays of 8 μm to 12 μm can be transmitted.

また、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、CVD法、PVD法、めっき等によって、成形用型300上に膜130を形成する第1の工程を含む。膜130上に焼結体110を形成する第2の工程を含む。成形用型300、301を取外す第3の工程を含む。更に、膜131の接合部を研磨する工程を含む。そして、膜130が均一な膜質を得られるようにしている。これより、研磨時のエッチングレートが均一となる。これから、膜131の接合部の表面粗さRaが1nm以下まで平坦化できる。よって、表面活性化常温接合による、チップ基板160と封止用基板10との接合強度が高くなる。すなわち、真空封止した際の気密性等の信頼性が上がると同時に、歩留りも大幅に向上する。   The semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment includes a first step of forming the film 130 on the molding die 300 by CVD, PVD, plating, or the like. A second step of forming the sintered body 110 on the film 130 is included. A third step of removing the molds 300 and 301 is included. Furthermore, the process of grind | polishing the junction part of the film | membrane 131 is included. The film 130 can obtain a uniform film quality. Thereby, the etching rate at the time of polishing becomes uniform. From this, the surface roughness Ra of the joint portion of the film 131 can be flattened to 1 nm or less. Therefore, the bonding strength between the chip substrate 160 and the sealing substrate 10 by surface activated room temperature bonding is increased. That is, the reliability such as airtightness when vacuum-sealing is improved, and the yield is greatly improved.

また、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、焼結体110の表面全面に膜130を形成する工程を含む。これから、膜130を部分的に形成する必要がなく、少ない工程数で形成できる。更に、膜130の材料を焼結体110の材料と同じ材料にした場合には、膜130の熱膨張係数等の特性と焼結体110の上記特性が同じになる。これから、熱応力による歪の影響を抑制できる。また、膜130の材料を、赤外線が透過できる金属、例えば、上記金属として、Al、Cu、AuまたはNiとした場合には、表面活性化処理後の表面粗さをさらに向上させることができる。更に、弾性変形によって撓むので、接合強度を向上させることができる。なお、膜130の材料をAlとした場合、酸化しやすいが、表面活性化すれば接合しやすい。また、Auとした場合、大気中でも酸化しないため、工程の管理が楽になる。更に、Auの弾性率が低いため、平坦度を緩和する効果も大きい。また、Cuとした場合、AlとAuの中間的な存在で、扱いやすい。   In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment includes a step of forming the film 130 on the entire surface of the sintered body 110. Thus, it is not necessary to form the film 130 partially, and the film 130 can be formed with a small number of steps. Furthermore, when the material of the film 130 is the same as the material of the sintered body 110, the characteristics such as the thermal expansion coefficient of the film 130 and the above characteristics of the sintered body 110 become the same. From this, the influence of distortion due to thermal stress can be suppressed. In addition, when the material of the film 130 is a metal that can transmit infrared rays, for example, Al, Cu, Au, or Ni as the metal, the surface roughness after the surface activation treatment can be further improved. Furthermore, since it bends by elastic deformation, joint strength can be improved. When the material of the film 130 is Al, it is easy to oxidize, but when the surface is activated, it is easy to join. In addition, when Au is used, it is not oxidized even in the atmosphere, so the process management becomes easy. Furthermore, since the elastic modulus of Au is low, the effect of reducing the flatness is great. In addition, Cu is easy to handle because it is intermediate between Al and Au.

また、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、成形用型300上に膜130を形成する第1の工程と、膜130上に焼結体110を形成する第2の工程を含む。更に、成形用型300、301を取外す第3の工程を含む。これにより、焼結体110を形成する前に、予め、成形用型300に膜130を形成することができる。これから、図1(c)に示したように、膜132の透過部1320にマイクロレンズ1321等を形成する場合、マイクロレンズ1321等を非常に精度良く形成できる。更に、焼結体110の耐薬品性を考慮することなく、膜130を形成できる。   In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment includes a first step of forming the film 130 on the molding die 300 and a second step of forming the sintered body 110 on the film 130. . Further, a third step of removing the molds 300 and 301 is included. Thereby, before forming the sintered body 110, the film | membrane 130 can be formed in the shaping | molding die 300 previously. From this, as shown in FIG. 1C, when the microlens 1321 or the like is formed in the transmission portion 1320 of the film 132, the microlens 1321 or the like can be formed with very high accuracy. Furthermore, the film 130 can be formed without considering the chemical resistance of the sintered body 110.

また、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置では、チップ基板160は赤外線センサ1620を実装している。そして、チップ基板160と封止用基板10を表面活性化常温接合することで、赤外線センサ1620を真空封止している。これから、外部からの衝撃、吸湿、ダストから赤外線センサ1620を保護することができる。   In the semiconductor device manufactured using the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment, the chip substrate 160 has the infrared sensor 1620 mounted thereon. And the infrared sensor 1620 is vacuum-sealed by carrying out surface activation normal temperature bonding of the chip substrate 160 and the sealing substrate 10. Thus, the infrared sensor 1620 can be protected from external impact, moisture absorption, and dust.

(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なる点を中心に図5を参照して説明する。また、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置について、第1の実施形態と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。なお、第3の実施形態に係る上記半導体装置は、第1の実施形態とほとんど同じである。第3の実施形態に係る上記半導体装置が第1の実施形態と異なる点は、第2の基板である封止用基板40が異なる。封止用基板40は、焼結体411、膜である接合部用膜432および貫通電極配線440からなる。接合部用膜432は、封止用基板40とチップ基板160との接合部にのみ形成されている。そのため、貫通電極配線440は、接合部用膜432を貫通していない。また、焼結体411のザグリ深さは、焼結体111のザグリ深さより、膜430の膜厚分浅くなっている。
(Third embodiment)
Next, a manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIG. 5 focusing on differences from the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment. In addition, regarding the semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment, the same reference numerals are given to the same structures as those in the first embodiment, and description thereof is omitted. The semiconductor device according to the third embodiment is almost the same as that of the first embodiment. The semiconductor device according to the third embodiment is different from the first embodiment in a sealing substrate 40 that is a second substrate. The sealing substrate 40 includes a sintered body 411, a bonding portion film 432 that is a film, and a through electrode wiring 440. The bonding portion film 432 is formed only at the bonding portion between the sealing substrate 40 and the chip substrate 160. Therefore, the through electrode wiring 440 does not penetrate the bonding portion film 432. Further, the counterbore depth of the sintered body 411 is shallower than the counterbore depth of the sintered body 111 by the film thickness of the film 430.

図5は、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面工程図である。ここで、図5(a)は、型枠である成形用型400によって焼結体410を形成する工程であり、図5(b)は、成形用型400を取外す工程である。図5(c)は、焼結体410のザグリにレジスト420を塗布する工程であり、図5(d)は、焼結体410と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った膜430を、焼結体410およびレジスト420に形成する工程である。図5(e)は、レジスト420および膜430を取り除く工程であり、図5(f)は、貫通電極配線440を形成する工程である。図5(g)は、膜である接合部用膜431を平坦化するため、研磨する工程であり、図5(h)は、チップ基板160と接合部用膜432を表面活性化常温接合する工程である。   FIG. 5 is a cross-sectional process diagram illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment. Here, FIG. 5A is a step of forming the sintered body 410 with the molding die 400 which is a mold, and FIG. 5B is a step of removing the molding die 400. FIG. 5C shows a step of applying a resist 420 to the counterbore of the sintered body 410. FIG. 5D shows a film 430 having fewer crystal grains and having a uniform plane orientation than the sintered body 410. Is formed on the sintered body 410 and the resist 420. FIG. 5E is a step of removing the resist 420 and the film 430, and FIG. 5F is a step of forming the through electrode wiring 440. FIG. FIG. 5G shows a step of polishing in order to flatten the bonding portion film 431 which is a film, and FIG. 5H shows surface activation room temperature bonding between the chip substrate 160 and the bonding portion film 432. It is a process.

図5(a)に示す工程では、第1の実施形態と同様に、成形用型400に粉状の材料を充填し、焼結によって焼結体410を形成する。なお、製法はホットプレス法等を用いれば良い。例えば、焼結体410の材料をZnSとした場合、焼結温度は約1000℃の環境下で約5分程度、数10MPa加圧すれば焼結体410が形成される。次に、図5(b)に示す工程では、第1の実施形態と同様に、成形用型400を焼結体410から取外す。本工程により、焼結体410は成形用型400の形状がそのまま転写される。すなわち、焼結体410の片側にはザグリが形成される。   In the step shown in FIG. 5A, similarly to the first embodiment, the molding die 400 is filled with a powdery material, and the sintered body 410 is formed by sintering. The manufacturing method may be a hot press method or the like. For example, when the material of the sintered body 410 is ZnS, the sintered body 410 is formed if the sintering temperature is about several minutes under an environment of about 1000 ° C. for about 5 minutes. Next, in the step shown in FIG. 5B, the molding die 400 is removed from the sintered body 410 as in the first embodiment. By this step, the shape of the molding die 400 is transferred as it is to the sintered body 410. That is, a counterbore is formed on one side of the sintered body 410.

次に、図5(c)に示す工程では、焼結体410のザグリにレジスト420を塗布する。レジスト420の材料は、膜430の成膜温度に耐えられる材料であり、かつ、焼結体410が溶けない溶媒により溶解可能な材料に限られる。例えば、焼結体410の材料がZnSである場合を考える。ZnSは耐酸性が弱いため、酸性の溶媒を用いることができない。そのため、レジスト420の材料は、アルカリ性で溶解できる材料に限られる。次に、図5(d)に示す工程では、焼結体410と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った膜430を、焼結体410およびレジスト420の表面全面に形成する。膜430を形成する方法はCVD法、PVD法、めっき等を用いれば良い。いずれにしても、膜430が均一な膜質を得られるようにする。膜430の材料がZnSの場合は、CVD法が望ましい。膜430の膜厚は、ラッピング、研磨しても焼結体410が出てこないような十分の厚さが必要であり、50μm厚程度にしておけば問題ない。膜430の材料は、第1の実施形態と異なり、赤外線が透過できる材料に限られない。よって、焼結体410の材料と同じ材料、または、金属を用いることができる。   Next, in the step shown in FIG. 5C, a resist 420 is applied to the counterbore of the sintered body 410. The material of the resist 420 is a material that can withstand the film formation temperature of the film 430 and can be dissolved by a solvent in which the sintered body 410 does not dissolve. For example, consider a case where the material of the sintered body 410 is ZnS. Since ZnS has weak acid resistance, an acidic solvent cannot be used. Therefore, the material of the resist 420 is limited to a material that is alkaline and can be dissolved. Next, in the step shown in FIG. 5D, a film 430 having fewer crystal grains and having a uniform plane orientation than the sintered body 410 is formed on the entire surface of the sintered body 410 and the resist 420. As a method for forming the film 430, a CVD method, a PVD method, plating, or the like may be used. In any case, the film 430 can obtain a uniform film quality. When the material of the film 430 is ZnS, the CVD method is desirable. The film 430 needs to have a sufficient thickness so that the sintered body 410 does not come out even when lapping and polishing, and there is no problem if it is about 50 μm thick. Unlike the first embodiment, the material of the film 430 is not limited to a material that can transmit infrared rays. Therefore, the same material as the material of the sintered body 410 or a metal can be used.

次に、図5(e)に示す工程では、レジスト420の上に形成された膜430およびレジスト420を、リフトオフで取り除く。このようにして、接合部用膜431が形成される。次に、図5(f)に示す工程では、第1の実施形態と同様に、貫通電極配線440を形成する。具体的には、まず、焼結体410にドリルやレーザ等で微細な孔を開ける。めっき等で、Cu、半田等の金属を上記孔に充填する。これにより、貫通電極配線440を形成し、焼結体411とする。次に、図5(g)に示す工程では、第1の実施形態と同様に、接合部用膜431を平坦化する。平坦化する方法としては、まず、接合部用膜431の接合部の高さバラツキを取り除くために大まかに研磨する。そして、接合部用膜431の接合部の表面粗さRaが10nm以下程度になったところで、微細に研磨を行う。具体的には、焼結体411側を研磨用治具151で固定する。接合部用膜431をパッド152に押し当てて、最終的に、接合部用膜431の接合部の表面が原子レベルで平坦化するまで、研磨する。   Next, in the step shown in FIG. 5E, the film 430 and the resist 420 formed on the resist 420 are removed by lift-off. In this way, the bonding portion film 431 is formed. Next, in the step shown in FIG. 5F, the through electrode wiring 440 is formed as in the first embodiment. Specifically, first, fine holes are drilled in the sintered body 410 with a drill, a laser, or the like. The hole is filled with a metal such as Cu or solder by plating or the like. As a result, the through electrode wiring 440 is formed to be a sintered body 411. Next, in the step shown in FIG. 5G, the bonding portion film 431 is planarized as in the first embodiment. As a flattening method, first, rough polishing is performed in order to remove the height variation of the bonding portion of the bonding portion film 431. Then, when the surface roughness Ra of the bonding portion of the bonding portion film 431 becomes about 10 nm or less, fine polishing is performed. Specifically, the sintered body 411 side is fixed with a polishing jig 151. The bonding portion film 431 is pressed against the pad 152 and finally polished until the surface of the bonding portion of the bonding portion film 431 is flattened at the atomic level.

次に、図5(h)に示す工程では、第1の実施形態と同様に、原子レベルで平坦化した接合部用膜432とチップ基板160を表面活性化常温接合する。表面活性化常温接合は真空中で行われるため、赤外線センサ1620は真空封止される。具体的には、赤外線センサ1620からの信号を封止用基板40側から取り出すために、赤外線センサ1620から配線を引き回しておく。赤外線センサ1620からの配線の終端に電極パッドを形成し、電極パッド上に金属バンプ150を配置する。更に、封止用基板40における貫通電極配線440の位置と金属バンプ150が一致するようにアライメントしながら、接合部用膜432とチップ基板160を表面活性化常温接合する。金属バンプ150と貫通電極配線440は熱をかけないため、接触して弾性変形する。これにより、金属バンプ150と貫通電極配線440は導通する。したがって、金属バンプ150の高さは、チップ基板160と封止用基板40の間の高さより若干高くする。更に、応力がなるべく発生しないように、全て均一の状態にしておく。なお、バンプはワイヤバンプ、あるいはめっきバンプを用いれば良い。   Next, in the step shown in FIG. 5H, similarly to the first embodiment, the bonding portion film 432 flattened at the atomic level and the chip substrate 160 are surface-activated at room temperature. Since the surface activated room temperature bonding is performed in a vacuum, the infrared sensor 1620 is sealed in a vacuum. Specifically, in order to extract a signal from the infrared sensor 1620 from the sealing substrate 40 side, wiring is routed from the infrared sensor 1620. An electrode pad is formed at the end of the wiring from the infrared sensor 1620, and the metal bump 150 is disposed on the electrode pad. Further, the bonding portion film 432 and the chip substrate 160 are surface-activated at room temperature bonding while being aligned so that the position of the through-electrode wiring 440 on the sealing substrate 40 and the metal bump 150 coincide with each other. Since the metal bump 150 and the through electrode wiring 440 do not apply heat, they contact and elastically deform. Thereby, the metal bump 150 and the through electrode wiring 440 are electrically connected. Therefore, the height of the metal bump 150 is slightly higher than the height between the chip substrate 160 and the sealing substrate 40. Furthermore, all are made uniform so that stress is not generated as much as possible. The bump may be a wire bump or a plating bump.

以上より、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、焼結体410と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った膜430を、焼結体410およびレジスト420に形成する工程を含む。また、チップ基板160と接合部用膜432を表面活性化常温接合する工程を含む。これにより、接合部用膜432とチップ基板160との間に隙間を作ることなく、焼結によって形成された封止用基板40とチップ基板160とを表面活性化常温接合することができ、接合強度の低下を抑制できる。よって、接合強度が不足した不良品が増加し、歩留まりが悪化することを抑制できる。   As described above, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment, the step of forming the film 430 with fewer crystal grains and the same plane orientation on the sintered body 410 and the resist 420 as compared with the sintered body 410. including. Also included is a step of surface activation room temperature bonding between the chip substrate 160 and the bonding portion film 432. Accordingly, the sealing substrate 40 and the chip substrate 160 formed by sintering can be surface-activated and bonded at room temperature without forming a gap between the bonding portion film 432 and the chip substrate 160. A decrease in strength can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress an increase in the number of defective products having insufficient bonding strength and a deterioration in yield.

また、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、成形用型400に粉状の材料を充填し、焼結によって焼結体410を形成する。これにより、焼結体410を任意の形状に形成できる。例えば、図1(c)に示した焼結体112のような複雑な形状にすることもできる。また、焼結体410の材料をZnSとした場合には、8μm〜12μmの赤外線を透過させることができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment, the molding die 400 is filled with a powdery material, and the sintered body 410 is formed by sintering. Thereby, the sintered compact 410 can be formed in arbitrary shapes. For example, a complicated shape such as the sintered body 112 shown in FIG. Further, when the material of the sintered body 410 is ZnS, infrared rays of 8 μm to 12 μm can be transmitted.

また、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、CVD法、PVD法、めっき等によって、焼結体410およびレジスト420に膜430を形成する工程を含む。更に、接合部用膜431を研磨する工程を含む。更に、膜430が均一な膜質を得られるようにしている。これより、研磨時のエッチングレートが均一となる。これから、接合部用膜432の表面粗さRaが1nm以下まで平坦化できる。よって、表面活性化常温接合による、チップ基板160と封止用基板40との接合強度が高くなる。すなわち、真空封止した際の気密性等の信頼性が上がると同時に、歩留りも大幅に向上する。   In addition, the semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment includes a step of forming the film 430 on the sintered body 410 and the resist 420 by CVD, PVD, plating, or the like. Further, a step of polishing the bonding portion film 431 is included. Further, the film 430 can obtain a uniform film quality. Thereby, the etching rate at the time of polishing becomes uniform. From this, the surface roughness Ra of the bonding portion film 432 can be flattened to 1 nm or less. Therefore, the bonding strength between the chip substrate 160 and the sealing substrate 40 by surface activated room temperature bonding is increased. That is, the reliability such as airtightness when vacuum-sealing is improved, and the yield is greatly improved.

また、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、封止用基板40とチップ基板160との接合部にのみ接合部用膜432を形成する工程を含む。これから、工程数が増加するが、膜430の材料として、赤外線が透過できない材料も用いることができる。そして、膜430の材料を金属とした場合には、表面活性化処理後の表面粗さをさらに向上させることができる。更に、弾性変形によって撓むので、接合強度を向上させることができる。なお、膜430の材料をAlとした場合、酸化しやすいが、表面活性化すれば接合しやすい。また、Auとした場合、大気中でも酸化しないため、工程の管理が楽になる。更に、Auの弾性率が低いため、平坦度を緩和する効果も大きい。また、Cuとした場合、AlとAuの中間的な存在で、扱いやすい。更に、膜430の材料を焼結体410の材料と同じ材料にした場合には、膜430の熱膨張係数等の特性と焼結体410の上記特性が同じになる。これから、熱応力による歪の影響を抑制できる。   In addition, the semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment includes a step of forming the bonding portion film 432 only at the bonding portion between the sealing substrate 40 and the chip substrate 160. Thus, although the number of steps increases, a material that cannot transmit infrared rays can be used as the material of the film 430. When the material of the film 430 is a metal, the surface roughness after the surface activation treatment can be further improved. Furthermore, since it bends by elastic deformation, joint strength can be improved. Note that when the material of the film 430 is Al, it is easy to oxidize, but when the surface is activated, bonding is easy. In addition, when Au is used, it is not oxidized even in the atmosphere, so the process management becomes easy. Furthermore, since the elastic modulus of Au is low, the effect of reducing the flatness is great. In addition, Cu is easy to handle because it is intermediate between Al and Au. Furthermore, when the material of the film 430 is the same as that of the sintered body 410, the characteristics such as the thermal expansion coefficient of the film 430 and the above characteristics of the sintered body 410 are the same. From this, the influence of distortion due to thermal stress can be suppressed.

また、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、封止用基板40とチップ基板160との接合部にのみ接合部用膜432が形成され、接合部以外の場所には形成されない。赤外線センサ1620と焼結体411との間に膜430が存在する場合、膜430の材料にもよるが、膜430により赤外線の透過率が低下する虞がある。しかし、赤外線センサ1620と焼結体411との間に膜430が存在しないので、膜430により赤外線の透過率が低下する虞を、防止することができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment, the bonding portion film 432 is formed only at the bonding portion between the sealing substrate 40 and the chip substrate 160 and is not formed at any place other than the bonding portion. When the film 430 is present between the infrared sensor 1620 and the sintered body 411, the film 430 may reduce the infrared transmittance, although it depends on the material of the film 430. However, since the film 430 does not exist between the infrared sensor 1620 and the sintered body 411, it is possible to prevent the film 430 from reducing the infrared transmittance.

また、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、成形用型400によって焼結体410を形成する工程と、成形用型400を取外す工程とを含む。その後、焼結体410およびレジスト420に膜430を形成する工程を含む。これにより、焼結体410から成形用型400を取外した後、膜430を形成するので、成形用型400を取外しやすくなる。更に、成形用型400の取外し後、ウエハ状態で扱えるため、膜430を形成する工程が容易になる。   In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment includes a step of forming the sintered body 410 with the molding die 400 and a step of removing the molding die 400. Then, the process of forming the film | membrane 430 in the sintered compact 410 and the resist 420 is included. As a result, since the film 430 is formed after the molding die 400 is removed from the sintered body 410, the molding die 400 can be easily removed. Furthermore, since the mold 400 can be handled in the wafer state after removal, the process of forming the film 430 is facilitated.

また、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置では、チップ基板160は赤外線センサ1620を実装している。そして、チップ基板160と封止用基板40を表面活性化常温接合することで、赤外線センサ1620を真空封止している。これから、外部からの衝撃、吸湿、ダストから赤外線センサ1620を保護することができる。   In the semiconductor device manufactured by using the semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment, the chip substrate 160 is mounted with the infrared sensor 1620. And the infrared sensor 1620 is vacuum-sealed by carrying out surface activation normal temperature bonding of the chip substrate 160 and the sealing substrate 40. Thus, the infrared sensor 1620 can be protected from external impact, moisture absorption, and dust.

(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なる点を中心に図6を参照して説明する。また、第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置について、第3の実施形態と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。なお、第4の実施形態に係る上記半導体装置は、第3の実施形態と同じである。
(Fourth embodiment)
Next, a manufacturing method of the semiconductor device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. 6 focusing on differences from the manufacturing method of the semiconductor device according to the third embodiment. Also, in the semiconductor device manufactured by using the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment, the same reference numerals are given to the same structures as those in the third embodiment, and description thereof is omitted. The semiconductor device according to the fourth embodiment is the same as that of the third embodiment.

図6は、第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面工程図である。ここで、図6(a)乃至図6(e)は、焼結体410に接合部用膜431を形成する工程である。具体的には、図6(a)は、型枠である成形用型500の凸部にレジスト520を塗布する工程であり、図6(b)は、成形用型500およびレジスト520上に膜430を形成する第1の工程である。図6(c)は、レジスト520および膜430を取り除く工程であり、図6(d)は、接合部用膜431および成形用型500上に焼結体410を形成する第2の工程である。図6(e)は、成形用型500、501を取外す第3の工程である。図6(f)乃至図6(h)は、図5(f)乃至図5(h)と同じ工程である。以下、図6(a)乃至図6(e)に示す工程のみ説明する。   FIG. 6 is a cross-sectional process diagram illustrating a method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment. Here, FIG. 6A to FIG. 6E are processes for forming the bonding portion film 431 on the sintered body 410. Specifically, FIG. 6A is a step of applying a resist 520 to the convex portions of the molding die 500 that is a mold, and FIG. 6B is a film on the molding die 500 and the resist 520. This is the first step of forming 430. FIG. 6C is a step of removing the resist 520 and the film 430, and FIG. 6D is a second step of forming the sintered body 410 on the bonding portion film 431 and the molding die 500. . FIG. 6E shows a third step of removing the molding dies 500 and 501. 6 (f) to 6 (h) are the same steps as FIGS. 5 (f) to 5 (h). Hereinafter, only the steps shown in FIGS. 6A to 6E will be described.

図6(a)に示す工程では、成形用型500の凸部の表面にレジスト520を塗布する。レジスト520の材料は、膜430の成膜温度に耐えられる材料に限られる。次に、図6(b)に示す工程では、レジスト520および成形用型500の表面全面に膜430を形成する。膜430を形成する方法は、第3の実施形態と同様に、CVD法、PVD法、めっき等を用いれば良い。いずれにしても、膜430が均一な膜質を得られるようにする。膜430の材料がZnSの場合は、CVD法が望ましい。膜430の膜厚は、第3の実施形態と同様に、50μm厚程度にしておけば問題ない。膜430の材料は、第3の実施形態と同様に、赤外線が透過できる材料に限られない。よって、焼結体410の材料と同じ材料、または、金属を用いることができる。また、接合部用膜431および焼結体410から成形用型500を取外しやすくするため、予め、成形用型500の表面全面に離型材を塗っておいても良い。   In the step shown in FIG. 6A, a resist 520 is applied to the surface of the convex portion of the molding die 500. The material of the resist 520 is limited to a material that can withstand the deposition temperature of the film 430. Next, in the step shown in FIG. 6B, a film 430 is formed on the entire surface of the resist 520 and the molding die 500. As a method for forming the film 430, a CVD method, a PVD method, plating, or the like may be used as in the third embodiment. In any case, the film 430 can obtain a uniform film quality. When the material of the film 430 is ZnS, the CVD method is desirable. There is no problem if the film thickness of the film 430 is about 50 μm as in the third embodiment. The material of the film 430 is not limited to a material that can transmit infrared rays, as in the third embodiment. Therefore, the same material as the material of the sintered body 410 or a metal can be used. Further, in order to make it easy to remove the molding die 500 from the bonding portion film 431 and the sintered body 410, a release material may be applied to the entire surface of the molding die 500 in advance.

次に、図6(c)に示す工程では、レジスト520の上に形成された膜430およびレジスト520を、リフトオフで取り除く。このようにして、接合部用膜431が形成される。ここで、本工程は焼結体410を形成する前に行われるので、第3の実施形態と異なり、焼結体410の耐薬品性を考慮する必要はない。次に、図6(d)に示す工程では、接合部用膜431、成形用型500および型枠である成形用型501で囲まれた空間に、粉状の材料を充填する。焼結によって焼結体410を形成する。なお、製法はホットプレス法等を用いれば良い。例えば、焼結体410の材料をZnSとした場合、第3の実施形態と同様に、焼結温度は約1000℃の環境下で約5分程度、数10MPa加圧すれば焼結体410が形成される。次に、図6(e)に示す工程では、成形用型500、501を焼結体410および接合部用膜431から取外す。本工程により、焼結体410は、成形用型500、501と接合部用膜431からなる形状がそのまま転写される。すなわち、焼結体410の片側にはザグリが形成される。このようにして、焼結体410に接合部用膜431を形成する。   Next, in the step shown in FIG. 6C, the film 430 and the resist 520 formed on the resist 520 are removed by lift-off. In this way, the bonding portion film 431 is formed. Here, since this step is performed before the sintered body 410 is formed, unlike the third embodiment, it is not necessary to consider the chemical resistance of the sintered body 410. Next, in a step shown in FIG. 6D, a powdery material is filled in a space surrounded by the bonding portion film 431, the molding die 500, and the molding die 501 which is a mold. A sintered body 410 is formed by sintering. The manufacturing method may be a hot press method or the like. For example, when the material of the sintered body 410 is ZnS, as in the third embodiment, the sintered body 410 can be formed by applying a pressure of several tens of MPa for about 5 minutes in an environment of about 1000 ° C. It is formed. Next, in the step shown in FIG. 6 (e), the molding dies 500 and 501 are removed from the sintered body 410 and the bonding portion film 431. Through this step, the sintered body 410 has the shape formed by the molding dies 500 and 501 and the bonding portion film 431 transferred as it is. That is, a counterbore is formed on one side of the sintered body 410. In this way, the bonding portion film 431 is formed on the sintered body 410.

以上より、第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、焼結体410と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った接合部用膜431を焼結体410に形成する工程を含む。また、チップ基板160と接合部用膜432を表面活性化常温接合する工程を含む。これにより、接合部用膜432とチップ基板160との間に隙間を作ることなく、焼結によって形成された封止用基板40とチップ基板160とを表面活性化常温接合することができ、接合強度の低下を抑制できる。よって、接合強度が不足した不良品が増加し、歩留まりが悪化することを抑制できる。   As described above, the manufacturing method of the semiconductor device according to the fourth embodiment includes the step of forming, on the sintered body 410, the bonding portion film 431 having fewer crystal grains and having the same plane orientation as compared with the sintered body 410. Including. Also included is a step of surface activation room temperature bonding between the chip substrate 160 and the bonding portion film 432. Accordingly, the sealing substrate 40 and the chip substrate 160 formed by sintering can be surface-activated and bonded at room temperature without forming a gap between the bonding portion film 432 and the chip substrate 160. A decrease in strength can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress an increase in the number of defective products having insufficient bonding strength and a deterioration in yield.

また、第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、成形用型500、501および接合部用膜431に囲まれた空間に、粉状の材料を充填する。焼結によって焼結体410を形成する。これにより、焼結体410を任意の形状に形成できる。例えば、図1(c)に示した焼結体112のような複雑な形状にすることもできる。また、焼結体410の材料をZnSとした場合には、8μm〜12μmの赤外線を透過させることができる。   In the semiconductor device manufacturing method according to the fourth embodiment, the space surrounded by the molding dies 500 and 501 and the bonding portion film 431 is filled with a powdery material. A sintered body 410 is formed by sintering. Thereby, the sintered compact 410 can be formed in arbitrary shapes. For example, a complicated shape such as the sintered body 112 shown in FIG. Further, when the material of the sintered body 410 is ZnS, infrared rays of 8 μm to 12 μm can be transmitted.

また、第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、CVD法、PVD法、めっき等によって、成形用型500およびレジスト520上に膜430を形成する第1の工程を含む。レジスト520の上に形成された膜430およびレジスト520を取り除く工程と、接合部用膜431上に焼結体410を形成する第2の工程を含む。成形用型500、501を取外す第3の工程を含む。更に、接合部用膜431を研磨する工程を含む。そして、膜430が均一な膜質を得られるようにしている。これより、研磨時のエッチングレートが均一となる。これから、接合部用膜432の表面粗さRaが1nm以下まで平坦化できる。よって、表面活性化常温接合による、チップ基板160と封止用基板40との接合強度が高くなる。すなわち、真空封止した際の気密性等の信頼性が上がると同時に、歩留りも大幅に向上する。   Further, the semiconductor device manufacturing method according to the fourth embodiment includes a first step of forming the film 430 on the molding die 500 and the resist 520 by CVD, PVD, plating, or the like. A step of removing the film 430 and the resist 520 formed on the resist 520 and a second step of forming the sintered body 410 on the bonding portion film 431 are included. A third step of removing the molds 500 and 501 is included. Further, a step of polishing the bonding portion film 431 is included. The film 430 can obtain a uniform film quality. Thereby, the etching rate at the time of polishing becomes uniform. From this, the surface roughness Ra of the bonding portion film 432 can be flattened to 1 nm or less. Therefore, the bonding strength between the chip substrate 160 and the sealing substrate 40 by surface activated room temperature bonding is increased. That is, the reliability such as airtightness when vacuum-sealing is improved, and the yield is greatly improved.

また、第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、封止用基板40とチップ基板160との接合部にのみ接合部用膜432を形成する工程を含む。これから、工程数が増加するが、膜430の材料として、赤外線が透過できない材料も用いることができる。そして、膜430の材料を金属とした場合には、表面活性化処理後の表面粗さをさらに向上させることができる。更に、弾性変形によって撓むので、接合強度を向上させることができる。なお、膜430の材料をAlとした場合、酸化しやすいが、表面活性化すれば接合しやすい。また、Auとした場合、大気中でも酸化しないため、工程の管理が楽になる。更に、Auの弾性率が低いため、平坦度を緩和する効果も大きい。また、Cuとした場合、AlとAuの中間的な存在で、扱いやすい。更に、膜430の材料を焼結体410の材料と同じ材料にした場合には、膜430の熱膨張係数等の特性と焼結体410の上記特性が同じになる。これから、熱応力による歪の影響を抑制できる。   In addition, the semiconductor device manufacturing method according to the fourth embodiment includes a step of forming the bonding portion film 432 only at the bonding portion between the sealing substrate 40 and the chip substrate 160. Thus, although the number of steps increases, a material that cannot transmit infrared rays can be used as the material of the film 430. When the material of the film 430 is a metal, the surface roughness after the surface activation treatment can be further improved. Furthermore, since it bends by elastic deformation, joint strength can be improved. Note that when the material of the film 430 is Al, it is easy to oxidize, but when the surface is activated, bonding is easy. In addition, when Au is used, it is not oxidized even in the atmosphere, so the process management becomes easy. Furthermore, since the elastic modulus of Au is low, the effect of reducing the flatness is great. In addition, Cu is easy to handle because it is intermediate between Al and Au. Furthermore, when the material of the film 430 is the same as that of the sintered body 410, the characteristics such as the thermal expansion coefficient of the film 430 and the above characteristics of the sintered body 410 are the same. From this, the influence of distortion due to thermal stress can be suppressed.

また、第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、封止用基板40とチップ基板160との接合部にのみ接合部用膜432が形成され、接合部以外の場所には形成されない。赤外線センサ1620と焼結体411との間に膜430が存在する場合、膜430の材料にもよるが、膜430により赤外線の透過率が低下する虞がある。しかし、赤外線センサ1620と焼結体411との間に膜430が存在しないので、膜430により赤外線の透過率が低下する虞を、防止することができる。   Further, in the method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment, the bonding portion film 432 is formed only at the bonding portion between the sealing substrate 40 and the chip substrate 160 and is not formed at any place other than the bonding portion. When the film 430 is present between the infrared sensor 1620 and the sintered body 411, the film 430 may reduce the infrared transmittance, although it depends on the material of the film 430. However, since the film 430 does not exist between the infrared sensor 1620 and the sintered body 411, it is possible to prevent the film 430 from reducing the infrared transmittance.

また、第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、成形用型500およびレジスト520上に膜430を形成する第1の工程を含む。レジスト520の上に形成された膜430およびレジスト520を取り除く工程と、接合部用膜431上に焼結体410を形成する第2の工程を含む。成形用型500、501を取外す第3の工程を含む。これにより、焼結体410を形成する前に、予め、接合部用膜431を形成することができる。これから、焼結体410の耐薬品性を考慮することなく、接合部用膜431を形成できる。同様に、焼結体410の耐薬品性を考慮することなく、レジスト520を取り除くことができる。   In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment includes a first step of forming a film 430 on the molding die 500 and the resist 520. A step of removing the film 430 and the resist 520 formed on the resist 520 and a second step of forming the sintered body 410 on the bonding portion film 431 are included. A third step of removing the molds 500 and 501 is included. Thereby, before forming the sintered body 410, the bonding portion film 431 can be formed in advance. Thus, the bonding portion film 431 can be formed without considering the chemical resistance of the sintered body 410. Similarly, the resist 520 can be removed without considering the chemical resistance of the sintered body 410.

また、第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置では、チップ基板160は赤外線センサ1620を実装している。そして、チップ基板160と封止用基板40を表面活性化常温接合することで、赤外線センサ1620を真空封止している。これから、外部からの衝撃、吸湿、ダストから赤外線センサ1620を保護することができる。   In the semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment, the chip substrate 160 is mounted with the infrared sensor 1620. And the infrared sensor 1620 is vacuum-sealed by carrying out surface activation normal temperature bonding of the chip substrate 160 and the sealing substrate 40. Thus, the infrared sensor 1620 can be protected from external impact, moisture absorption, and dust.

(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法について、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法と異なる点を中心に図7を参照して説明する。また、第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置について、第3の実施形態と同様の構造には同じ番号を付し、説明を省略する。なお、第5の実施形態に係る上記半導体装置は、第3の実施形態とほとんど同じである。第5の実施形態に係る上記半導体装置が、第3の実施形態と異なる点は、第2の基板である封止用基板60が異なること、金属バンプ150がないことである。また、封止用基板60が、第3の実施形態の封止用基板40と異なる点は、貫通電極配線641が異なる。後述するように、貫通電極配線640は、接合部用膜431と同時に形成される。
(Fifth embodiment)
Next, a semiconductor device manufacturing method according to the fifth embodiment will be described with reference to FIG. 7 focusing on differences from the semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment. Also, with respect to a semiconductor device manufactured by using the method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment, the same reference numerals are given to the same structures as those of the third embodiment, and description thereof is omitted. The semiconductor device according to the fifth embodiment is almost the same as that of the third embodiment. The semiconductor device according to the fifth embodiment is different from the third embodiment in that the sealing substrate 60 which is the second substrate is different and the metal bumps 150 are not provided. Further, the through electrode wiring 641 is different in that the sealing substrate 60 is different from the sealing substrate 40 of the third embodiment. As will be described later, the through electrode wiring 640 is formed simultaneously with the bonding portion film 431.

図7は、第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面工程図である。ここで、図7(a)乃至図7(f)は、焼結体410に接合部用膜431を形成する工程である。図7(a)および(b)は、図5(a)および図5(b)と同じ工程である。図7(c)は、焼結体410のザグリ、側面および裏面にレジスト620を塗布する工程であり、図7(d)は、焼結体410およびレジスト620に、貫通孔625を形成する工程である。図7(e)は、焼結体411およびレジスト621をめっきする工程であり、図7(f)は、レジスト621を取り除く工程である。図7(g)は、接合部用膜431を平坦化するため、研磨する工程であり、図7(h)は、チップ基板160と接合部用膜432を表面活性化常温接合する工程である。以下、図7(c)乃至図7(h)に示す工程のみ説明する。   FIG. 7 is a cross-sectional process diagram illustrating the method of manufacturing the semiconductor device according to the fifth embodiment. Here, FIG. 7A to FIG. 7F are steps of forming the bonding portion film 431 on the sintered body 410. 7 (a) and 7 (b) are the same steps as FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b). FIG. 7C is a step of applying a resist 620 to the counterbore, side surface, and back surface of the sintered body 410, and FIG. 7D is a step of forming a through hole 625 in the sintered body 410 and the resist 620. It is. FIG. 7E shows a step of plating the sintered body 411 and the resist 621, and FIG. 7F shows a step of removing the resist 621. FIG. 7G shows a step of polishing in order to flatten the bonding portion film 431, and FIG. 7H shows a step of surface activation room temperature bonding between the chip substrate 160 and the bonding portion film 432. . Hereinafter, only the steps shown in FIGS. 7C to 7H will be described.

図7(c)に示す工程では、焼結体410のザグリ、側面および裏面にレジスト620を塗布する。すなわち、後程、封止用基板60におけるチップ基板160との接合部となる部分を除いて、焼結体410の周囲にレジスト620を塗布する。レジスト620の材料は、めっきする温度に耐えられる材料であり、かつ、焼結体411が溶けない溶媒により溶解可能な材料に限られる。例えば、焼結体410の材料がZnSである場合を考える。ZnSは耐酸性が弱いため、酸性の溶媒を用いることができない。そのため、レジスト620の材料は、アルカリ性で溶解できる材料に限られる。次に、図7(d)に示す工程では、貫通電極配線640用の貫通孔625を形成し、焼結体411およびレジスト621とする。具体的には、焼結体410およびレジスト620にドリルやレーザ等で微細な孔を開ける。   In the step shown in FIG. 7C, a resist 620 is applied to the counterbore, side surface, and back surface of the sintered body 410. That is, later, a resist 620 is applied around the sintered body 410 except for a portion of the sealing substrate 60 that becomes a joint portion with the chip substrate 160. The material of the resist 620 is limited to a material that can withstand the plating temperature and that can be dissolved by a solvent that does not dissolve the sintered body 411. For example, consider a case where the material of the sintered body 410 is ZnS. Since ZnS has weak acid resistance, an acidic solvent cannot be used. Therefore, the material of the resist 620 is limited to a material that is alkaline and can be dissolved. Next, in the step shown in FIG. 7D, a through hole 625 for the through electrode wiring 640 is formed to form a sintered body 411 and a resist 621. Specifically, fine holes are formed in the sintered body 410 and the resist 620 with a drill, a laser, or the like.

次に、図7(e)に示す工程では、焼結体411およびレジスト621の周囲をめっきし、金属めっき630を形成する。これにより、貫通孔625に金属めっき630を充填する。なお、めっき法として、無電解めっき、電解めっき等を用いることができる。また、金属めっき630の材料は、スルーホールフィリングが可能なCu、半田等の金属に限られる。次に、図7(f)に示す工程では、レジスト621に加工された金属めっき630およびレジスト621を、リフトオフで取り除く。このようにして、接合部用膜431を焼結体411に形成している。このため、接合部用膜431は均一な膜質を得られる。接合部用膜431の膜厚は、ラッピング、研磨しても焼結体411が出てこないような十分の厚さが必要であり、50μm厚程度にしておけば問題ない。同時に、貫通電極配線640も形成している。   Next, in the step shown in FIG. 7E, the periphery of the sintered body 411 and the resist 621 is plated to form a metal plating 630. Thereby, the metal plating 630 is filled in the through hole 625. As the plating method, electroless plating, electrolytic plating, or the like can be used. Further, the material of the metal plating 630 is limited to metals such as Cu and solder capable of through-hole filling. Next, in the step shown in FIG. 7F, the metal plating 630 and the resist 621 processed into the resist 621 are removed by lift-off. In this way, the bonding portion film 431 is formed on the sintered body 411. For this reason, the film | membrane 431 for junction parts can obtain uniform film quality. The film thickness of the bonding portion film 431 needs to be sufficiently thick so that the sintered body 411 does not come out even when lapping and polishing, and there is no problem if it is about 50 μm thick. At the same time, the through electrode wiring 640 is also formed.

次に、図7(g)に示す工程では、第3の実施形態と同様に、接合部用膜431を平坦化する。同時に、貫通電極配線640も平坦化される。平坦化する方法としては、まず、接合部用膜431の接合部の高さバラツキを取り除くために大まかに研磨する。そして、接合部用膜431の接合部の表面粗さRaが10nm以下程度になったところで、微細に研磨を行う。具体的には、焼結体411側を研磨用治具151で固定する。接合部用膜431をパッド152に押し当てて、最終的に、接合部用膜431の接合部の表面が原子レベルで平坦化するまで、研磨する。これにより、原始レベルで平坦化した接合部用膜432におけるチップ基板160との接合面と、貫通電極配線641におけるチップ基板160側端面が同一平面になる。   Next, in the step shown in FIG. 7G, the bonding portion film 431 is planarized as in the third embodiment. At the same time, the through electrode wiring 640 is also planarized. As a flattening method, first, rough polishing is performed in order to remove the height variation of the bonding portion of the bonding portion film 431. Then, when the surface roughness Ra of the bonding portion of the bonding portion film 431 becomes about 10 nm or less, fine polishing is performed. Specifically, the sintered body 411 side is fixed with a polishing jig 151. The bonding portion film 431 is pressed against the pad 152 and finally polished until the surface of the bonding portion of the bonding portion film 431 is flattened at the atomic level. As a result, the bonding surface of the bonding portion film 432 flattened at the primitive level with the chip substrate 160 and the end surface on the chip substrate 160 side of the through electrode wiring 641 become the same plane.

次に、図7(h)に示す工程では、第3の実施形態と同様に、原子レベルで平坦化した接合部用膜432とチップ基板160を表面活性化常温接合する。表面活性化常温接合は真空中で行われるため、赤外線センサ1620は真空封止される。具体的には、赤外線センサ1620からの信号を封止用基板60側から取り出すために、赤外線センサ1620から配線を引き回しておく。赤外線センサ1620からの配線の終端に電極パッドを形成する。更に、貫通電極配線641におけるチップ基板160側端面と上記電極パッドが一致するようにアライメントする。その後、接合部用膜432とチップ基板160を表面活性化常温接合する。   Next, in the step shown in FIG. 7H, similarly to the third embodiment, the bonding portion film 432 flattened at the atomic level and the chip substrate 160 are surface-activated at room temperature bonding. Since the surface activated room temperature bonding is performed in a vacuum, the infrared sensor 1620 is sealed in a vacuum. Specifically, in order to take out a signal from the infrared sensor 1620 from the sealing substrate 60 side, wiring is routed from the infrared sensor 1620. An electrode pad is formed at the end of the wiring from the infrared sensor 1620. Furthermore, alignment is performed so that the end surface on the chip substrate 160 side of the through-electrode wiring 641 and the electrode pad coincide with each other. Thereafter, the bonding portion film 432 and the chip substrate 160 are surface-activated and bonded at room temperature.

以上より、第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、焼結体411と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った接合部用膜431を焼結体411に形成する工程を含む。また、チップ基板160と接合部用膜432を表面活性化常温接合する工程を含む。これにより、接合部432とチップ基板160との間に隙間を作ることなく、焼結によって形成された封止用基板60とチップ基板160とを表面活性化常温接合することができ、接合強度の低下を抑制できる。よって、接合強度が不足した不良品が増加し、歩留まりが悪化することを抑制できる。   As described above, the method for manufacturing the semiconductor device according to the fifth embodiment includes the step of forming, on the sintered body 411, the bonding portion film 431 having fewer crystal grains and the same plane orientation as compared with the sintered body 411. Including. Also included is a step of surface activation room temperature bonding between the chip substrate 160 and the bonding portion film 432. Thereby, the surface-activated normal temperature bonding of the sealing substrate 60 and the chip substrate 160 formed by sintering can be performed without forming a gap between the bonding portion 432 and the chip substrate 160, and the bonding strength can be increased. Reduction can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress an increase in the number of defective products having insufficient bonding strength and a deterioration in yield.

また、第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、成形用型400に粉状の材料を充填し、焼結によって焼結体410を形成する。これにより、焼結体410を任意の形状に形成できる。例えば、図1(c)に示した焼結体112のような複雑な形状にすることもできる。また、焼結体410の材料をZnSとした場合には、8μm〜12μmの赤外線を透過させることができる。   In the semiconductor device manufacturing method according to the fifth embodiment, the molding die 400 is filled with a powdery material, and the sintered body 410 is formed by sintering. Thereby, the sintered compact 410 can be formed in arbitrary shapes. For example, a complicated shape such as the sintered body 112 shown in FIG. Further, when the material of the sintered body 410 is ZnS, infrared rays of 8 μm to 12 μm can be transmitted.

また、第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、封止用基板60におけるチップ基板160との接合部となる部分を除いた焼結体410の周囲にレジスト620を塗布する工程を含む。焼結体411とレジスト621をめっきする工程を含む。レジスト621を取り除き、焼結体411と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った接合部用膜431を形成する工程を含む。更に、接合部用膜431を研磨する工程を含む。これより、接合部用膜431が均一な膜質を得られる。研磨時のエッチングレートが均一となる。これから、接合部用膜431の表面粗さRaが1nm以下まで平坦化できる。よって、表面活性化常温接合による、チップ基板160と封止用基板60との接合強度が高くなる。すなわち、真空封止した際の気密性等の信頼性が上がると同時に、歩留りも大幅に向上する。   In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment includes a step of applying a resist 620 around the sintered body 410 excluding a portion of the sealing substrate 60 that becomes a joint portion with the chip substrate 160. . A step of plating the sintered body 411 and the resist 621 is included. It includes a step of removing the resist 621 and forming a bonding portion film 431 having fewer crystal grains and having a uniform plane orientation than the sintered body 411. Further, a step of polishing the bonding portion film 431 is included. Thereby, the film | membrane 431 for junction parts can obtain uniform film quality. The etching rate at the time of polishing becomes uniform. From this, the surface roughness Ra of the bonding portion film 431 can be flattened to 1 nm or less. Therefore, the bonding strength between the chip substrate 160 and the sealing substrate 60 by surface activated room temperature bonding is increased. That is, the reliability such as airtightness when vacuum-sealing is improved, and the yield is greatly improved.

また、第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、封止用基板60におけるチップ基板160との接合部となる部分を除いた焼結体410の周囲にレジスト620を塗布する工程を含む。焼結体411とレジスト621をめっきする工程を含む。レジスト621を取り除き、接合部用膜431を形成する工程を含む。これから、封止用基板60とチップ基板160との接合部にのみ接合部用膜432が形成され、接合部以外の場所には形成されない。よって、接合部用膜431の材料として、Cu、半田等の金属を用いることができる。このため、表面活性化処理後の表面粗さをさらに向上させることができる。更に、弾性変形によって撓むので、接合強度を向上させることができる。   In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment includes a step of applying a resist 620 around the sintered body 410 excluding a portion of the sealing substrate 60 that becomes a joint portion with the chip substrate 160. . A step of plating the sintered body 411 and the resist 621 is included. It includes a step of removing the resist 621 and forming a bonding portion film 431. Thus, the bonding portion film 432 is formed only at the bonding portion between the sealing substrate 60 and the chip substrate 160 and is not formed at any place other than the bonding portion. Therefore, a metal such as Cu or solder can be used as the material of the bonding portion film 431. For this reason, the surface roughness after the surface activation treatment can be further improved. Furthermore, since it bends by elastic deformation, joint strength can be improved.

また、第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、封止用基板60とチップ基板160との接合部にのみ接合部用膜432が形成され、接合部以外の場所には形成されない。赤外線センサ1620と焼結体411との間に膜430が存在する場合、膜430の材料にもよるが、膜430により赤外線の透過率が低下する虞がある。しかし、赤外線センサ1620と焼結体411との間に膜430が存在しないので、膜430により赤外線の透過率が低下する虞を、防止することができる。   In the method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment, the bonding portion film 432 is formed only at the bonding portion between the sealing substrate 60 and the chip substrate 160 and is not formed at any place other than the bonding portion. When the film 430 is present between the infrared sensor 1620 and the sintered body 411, the film 430 may reduce the infrared transmittance, although it depends on the material of the film 430. However, since the film 430 does not exist between the infrared sensor 1620 and the sintered body 411, it is possible to prevent the film 430 from reducing the infrared transmittance.

また、第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、成形用型400によって焼結体410を形成する工程と、成形用型400を取外す工程とを含む。封止用基板60におけるチップ基板160との接合部となる部分を除いた焼結体410の周囲にレジスト620を塗布する工程を含む。焼結体411とレジスト621をめっきする工程を含む。レジスト621を取り除き、接合部用膜431を形成する工程を含む。これにより、焼結体410から成形用型400を取外した後、接合部用膜431を形成するので、成形用型400を取外しやすくなる。更に、成形用型400の取外し後、ウエハ状態で扱えるため、以降の工程が容易になる。   In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment includes a step of forming the sintered body 410 with the molding die 400 and a step of removing the molding die 400. It includes a step of applying a resist 620 around the sintered body 410 excluding a portion of the sealing substrate 60 that becomes a joint portion with the chip substrate 160. A step of plating the sintered body 411 and the resist 621 is included. It includes a step of removing the resist 621 and forming a bonding portion film 431. As a result, since the bonding portion film 431 is formed after the molding die 400 is removed from the sintered body 410, the molding die 400 can be easily removed. Furthermore, after the molding die 400 is removed, it can be handled in the wafer state, so that the subsequent steps are facilitated.

また、第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、封止用基板60におけるチップ基板160との接合部となる部分を除いた焼結体410の周囲にレジスト620を塗布する工程を含む。焼結体410とレジスト620に、貫通電極配線640用の貫通孔625を形成する工程を含む。焼結体411とレジスト621をめっきする工程を含む。レジスト621を取り除き、接合部用膜431および貫通電極配線640を形成する工程を含む。これにより、接合部用膜431と貫通電極配線640を同時に形成できる。よって、工程数を大幅に削減できる。   In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth embodiment includes a step of applying a resist 620 around the sintered body 410 excluding a portion of the sealing substrate 60 that becomes a joint portion with the chip substrate 160. . A step of forming a through hole 625 for the through electrode wiring 640 in the sintered body 410 and the resist 620 is included. A step of plating the sintered body 411 and the resist 621 is included. This includes a step of removing the resist 621 and forming the bonding portion film 431 and the through electrode wiring 640. Thereby, the film | membrane 431 for junction parts and the penetration electrode wiring 640 can be formed simultaneously. Therefore, the number of processes can be greatly reduced.

また、第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、接合部用膜432におけるチップ基板160との接合面と、貫通電極配線641におけるチップ基板160側端面を同時に研磨している。そして、同一平面になるようにしている。これにより、金属バンプ150が必要なくなり、工程数を削減できる。また、第1乃至第4の実施形態では、金属バンプ150の高さのバラツキにより、封止用基板およびチップ基板160に内部応力が発生する虞があった。しかし、第5の実施形態では、接合部用膜432におけるチップ基板160との接合面と貫通電極配線641におけるチップ基板160側端面が同一平面となるので、上記内部応力を無くすことができる。   In the semiconductor device manufacturing method according to the fifth embodiment, the bonding surface of the bonding portion film 432 with the chip substrate 160 and the end surface on the chip substrate 160 side of the through electrode wiring 641 are simultaneously polished. And it is trying to become the same plane. As a result, the metal bump 150 is not necessary, and the number of processes can be reduced. In the first to fourth embodiments, internal stress may occur in the sealing substrate and the chip substrate 160 due to variations in the height of the metal bumps 150. However, in the fifth embodiment, since the bonding surface of the bonding portion film 432 with the chip substrate 160 and the end surface on the chip substrate 160 side of the through electrode wiring 641 are on the same plane, the internal stress can be eliminated.

また、第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置では、チップ基板160は赤外線センサ1620を実装している。そして、チップ基板160と封止用基板60を表面活性化常温接合することで、赤外線センサ1620を真空封止している。これから、外部からの衝撃、吸湿、ダストから赤外線センサ1620を保護することができる。   In the semiconductor device manufactured by using the semiconductor device manufacturing method according to the fifth embodiment, the chip substrate 160 has the infrared sensor 1620 mounted thereon. And the infrared sensor 1620 is vacuum-sealed by carrying out surface activation normal temperature joining of the chip substrate 160 and the sealing substrate 60. Thus, the infrared sensor 1620 can be protected from external impact, moisture absorption, and dust.

本発明に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置は、赤外線センサ1620が実装されたチップ基板160、260を備える。更に、チップ基板160、260と接合して赤外線センサ1620を封止する封止用基板10、11、20、40、60を備える。また、封止用基板10、11、20、40、60は、焼結によって形成された焼結体111、112、211、411と膜132、232または接合部用膜432とを備える。本発明に係る半導体装置の製造方法は、焼結体110、210、410、411と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った膜130、230、430または接合部用膜431を、焼結体110、210、410、411に形成する工程を含む。更に、チップ基板160、260と膜132、232または接合部用膜432を表面活性化常温接合する工程とを有している。これにより、接合部1325または接合部用膜432とチップ基板160との間に隙間を作ることなく、焼結によって形成された封止用基板10、11、20、40、60とチップ基板160とを表面活性化常温接合することができ、接合強度の低下を抑制できる。よって、接合強度が不足した不良品が増加し、歩留まりが悪化することを抑制できる。   A semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes chip substrates 160 and 260 on which an infrared sensor 1620 is mounted. Further, sealing substrates 10, 11, 20, 40, 60 that seal the infrared sensor 1620 by being bonded to the chip substrates 160, 260 are provided. Further, the sealing substrates 10, 11, 20, 40, 60 include sintered bodies 111, 112, 211, 411 and films 132, 232 or a bonding part film 432 formed by sintering. The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes the steps of sintering the films 130, 230, 430 or the bonding portion film 431 having fewer crystal grains and having the same plane orientation as compared with the sintered bodies 110, 210, 410, 411. A step of forming the bonded bodies 110, 210, 410, and 411. Further, there is a step of surface-activating normal temperature bonding of the chip substrates 160 and 260 and the films 132 and 232 or the bonding portion film 432. Thus, the sealing substrates 10, 11, 20, 40, 60 and the chip substrate 160 formed by sintering without forming a gap between the bonding portion 1325 or the bonding portion film 432 and the chip substrate 160. Can be surface-activated at room temperature bonding, and a decrease in bonding strength can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress an increase in the number of defective products having insufficient bonding strength and a deterioration in yield.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、成形用型100、200、400によって焼結体110、210、410を形成する工程を含む。これにより、焼結体110、210、410を任意の形状に形成できる。   In addition, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming the sintered bodies 110, 210, and 410 using the molding dies 100, 200, and 400. Thereby, the sintered compacts 110, 210, and 410 can be formed in arbitrary shapes.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法における焼結体110、410に膜130または接合部用膜431を形成する工程は、成形用型300、500上に膜130、430を形成する第1の工程を含む。膜130、430上に焼結体110、410を形成する第2の工程と、成形用型300、301、500、501を取外す第3の工程とを含む。これにより、焼結体110、410を任意の形状に形成できる。更に、焼結体110、410を形成する前に、予め、成形用型300、500に膜130、430を形成することができる。よって、焼結体110、410の耐薬品性を考慮することなく、膜130、430を形成できる。   The step of forming the film 130 or the bonding portion film 431 on the sintered bodies 110 and 410 in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a first step of forming the films 130 and 430 on the molding dies 300 and 500. These steps are included. A second step of forming the sintered bodies 110 and 410 on the films 130 and 430 and a third step of removing the molds 300, 301, 500, and 501 are included. Thereby, the sintered compacts 110 and 410 can be formed in arbitrary shapes. Furthermore, before forming the sintered bodies 110 and 410, the films 130 and 430 can be formed on the molds 300 and 500 in advance. Therefore, the films 130 and 430 can be formed without considering the chemical resistance of the sintered bodies 110 and 410.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法における接合部用膜432は、封止用基板40、60とチップ基板160との接合部にのみ形成される。   Further, the bonding portion film 432 in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is formed only at the bonding portion between the sealing substrates 40 and 60 and the chip substrate 160.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法における膜132、232または接合部用膜432は、金属である。これから、表面活性化処理後の表面粗さをさらに向上させることができる。更に、弾性変形によって撓むので、接合強度を向上させることができる。   Further, the films 132 and 232 or the junction film 432 in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention is a metal. From this, the surface roughness after the surface activation treatment can be further improved. Furthermore, since it bends by elastic deformation, joint strength can be improved.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法における膜132、232または接合部用膜432は、焼結体111、211、411の材料と同じ材料からなる。これから、膜132、232または接合部用膜432の熱膨張係数等の特性と焼結体111、211、411の上記特性が同じになる。これから、熱応力による歪の影響を抑制できる。   In addition, the films 132 and 232 or the bonding part film 432 in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention are made of the same material as that of the sintered bodies 111, 211 and 411. Accordingly, the characteristics such as the thermal expansion coefficient of the films 132 and 232 or the bonding part film 432 are the same as the characteristics of the sintered bodies 111, 211, and 411. From this, the influence of distortion due to thermal stress can be suppressed.

また、本発明に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置は、赤外線センサ1620が実装されたチップ基板160を備える。更に、チップ基板160と接合して赤外線センサ1620を封止する封止用基板60を備える。また、封止用基板60は、焼結によって形成された焼結体411と接合部用膜432とを備える。本発明に係る半導体装置の製造方法は、成形用型400によって焼結体410を形成する工程を含む。封止用基板60におけるチップ基板160との接合部となる部分を除いた焼結体410の周囲にレジスト620を塗布する工程を含む。焼結体410およびレジスト620に、貫通電極配線640用の貫通孔625を形成する工程と、焼結体411およびレジスト621をめっきする工程を含む。レジスト621を取り除き、焼結体411と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った接合部用膜431および貫通電極配線640を形成する工程を含む。チップ基板160と接合部用膜432を表面活性化常温接合する工程とを有している。これにより、接合部用膜431と貫通電極配線640を同時に形成できる。よって、工程数を大幅に削減できる。   In addition, a semiconductor device manufactured using the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a chip substrate 160 on which an infrared sensor 1620 is mounted. Further, a sealing substrate 60 that is bonded to the chip substrate 160 and seals the infrared sensor 1620 is provided. The sealing substrate 60 includes a sintered body 411 and a bonding portion film 432 formed by sintering. The method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a sintered body 410 with a molding die 400. It includes a step of applying a resist 620 around the sintered body 410 excluding a portion of the sealing substrate 60 that becomes a joint portion with the chip substrate 160. A step of forming a through hole 625 for the through electrode wiring 640 in the sintered body 410 and the resist 620 and a step of plating the sintered body 411 and the resist 621 are included. This includes a step of removing the resist 621 and forming a bonding portion film 431 and a through electrode wiring 640 having fewer crystal grains and having a uniform plane orientation as compared with the sintered body 411. A step of surface-activating normal-temperature bonding between the chip substrate 160 and the bonding portion film 432. Thereby, the film | membrane 431 for junction parts and the penetration electrode wiring 640 can be formed simultaneously. Therefore, the number of processes can be greatly reduced.

なお、以上に述べた実施形態は、本発明の実施の一例であり、本発明の範囲はこれらに限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載した範囲内で、他の様々な実施形態に適用可能である。例えば、第1乃至第5の実施形態および適用例に係る半導体装置の製造方法では、チップ基板160、260に赤外線センサ1620を実装し、赤外線センサ1620を真空封止している。特にこれに限定されるものでなく、他のセンサを真空封止しても良い。また、センサ以外の電子部品を真空封止しても良い。   The embodiment described above is an example of the implementation of the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto, and other various embodiments are within the scope described in the claims. It is applicable to. For example, in the semiconductor device manufacturing method according to the first to fifth embodiments and application examples, the infrared sensor 1620 is mounted on the chip substrates 160 and 260, and the infrared sensor 1620 is vacuum-sealed. The present invention is not particularly limited to this, and other sensors may be vacuum sealed. Moreover, you may vacuum-seal electronic components other than a sensor.

また、第1乃至第5の実施形態および適用例に係る半導体装置の製造方法では、焼結体111、112、211、411の材料として、赤外線を透過できる材料を用いているが、特にこれに限定されるものでない。電子部品が赤外線センサでなければ、他の材料を用いても良い。   In the semiconductor device manufacturing method according to the first to fifth embodiments and application examples, a material that can transmit infrared rays is used as the material of the sintered bodies 111, 112, 211, and 411. It is not limited. If the electronic component is not an infrared sensor, other materials may be used.

また、第1乃至第5の実施形態および適用例に係る半導体装置の製造方法では、貫通電極配線140、440、641を封止用基板10、11、20、40、60に形成しているが、特にこれに限定されるものでない。チップ基板160、260に形成しても良い。例えば、図8に示すように、チップ基板760に貫通電極配線7610を形成すれば良い。なお、膜730は、膜130を研磨して形成される。   In the semiconductor device manufacturing method according to the first to fifth embodiments and application examples, the through electrode wirings 140, 440 and 641 are formed on the sealing substrates 10, 11, 20, 40 and 60. However, it is not particularly limited to this. It may be formed on the chip substrates 160 and 260. For example, as shown in FIG. 8, the through electrode wiring 7610 may be formed on the chip substrate 760. Note that the film 730 is formed by polishing the film 130.

また、第3乃至第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法では、焼結体411にザグリを形成しているが、特にこれに限定されるものでなく、ザグリを形成しなくても良い。この場合、接合部用膜432の膜厚を、赤外線センサ1620の高さより、厚くすれば容易に実現可能である。   Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the third to fifth embodiments, the counterbore is formed on the sintered body 411. However, the present invention is not limited to this, and the counterbore may not be formed. . In this case, this can be easily realized by making the thickness of the bonding portion film 432 thicker than the height of the infrared sensor 1620.

また、適用例では、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法をウエハレベルパッケージの製造に適用しているが、特にこれに限定されるものでなく、第2乃至第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法を適用しても良い。   In the application example, the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment is applied to the manufacture of a wafer level package. However, the present invention is not particularly limited to this, and the second to fifth embodiments are not limited thereto. Such a method for manufacturing a semiconductor device may be applied.

本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を用いて製造された半導体装置の構造を示す図。The figure which shows the structure of the semiconductor device manufactured using the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面工程図。Sectional process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 1st Embodiment. 図2に示す半導体装置の製造方法を、ウエハレベルパッケージの製造に適用した場合の工程を示す断面工程図。FIG. 3 is a cross-sectional process diagram showing a process when the method for manufacturing the semiconductor device shown in FIG. 第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面工程図。Sectional process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面工程図。Sectional process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面工程図。Sectional process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 4th Embodiment. 第5の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面工程図。Sectional process drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which concerns on 5th Embodiment. 図1に示す半導体装置の変形例を示す図。FIG. 9 is a diagram showing a modification of the semiconductor device shown in FIG. 1.

符号の説明Explanation of symbols

10、11、20、40、60 第2の基板である封止用基板、
100、200、400 型枠である成形用型、
110、111、112、210、211、410、411 焼結体、
130、131、132、230、231、232、430、730 膜、
140、440、640、641 貫通電極配線、150 金属バンプ、
151、251 研磨用治具、152、252 パッド、
160、260、760 第1の基板であるチップ基板、
300、301、500、501 型枠である成形用型、
420、520、620、621 レジスト、
431、432 膜である接合部用膜、625 貫通孔、630 金属めっき、
1320 透過部、1321 マイクロレンズ、1325 接合部、
1610 空洞部、1620 電子部品である赤外線センサ、
7610 貫通電極配線、
10, 11, 20, 40, 60 Substrate for sealing which is the second substrate,
100, 200, 400 Molds that are molds,
110, 111, 112, 210, 211, 410, 411 sintered body,
130, 131, 132, 230, 231, 232, 430, 730 membrane,
140, 440, 640, 641 through electrode wiring, 150 metal bump,
151, 251 Polishing jig, 152, 252 pad,
160, 260, 760 Chip substrate which is the first substrate,
300, 301, 500, 501 Molds that are molds,
420, 520, 620, 621 resist,
431, 432 films for joints, 625 through holes, 630 metal plating,
1320 Transmission part, 1321 Micro lens, 1325 Joining part,
1610 cavity part, 1620 infrared sensor which is an electronic component,
7610 Through-electrode wiring,

Claims (8)

電子部品が実装された第1の基板と、
焼結によって形成された焼結体と膜とを備え、前記第1の基板と接合して前記電子部品を封止する第2の基板と、を有する半導体装置の製造方法であって、
前記焼結体と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った前記膜を、前記焼結体に形成する工程と、
前記第1の基板と前記膜を表面活性化接合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。
A first board on which electronic components are mounted;
A method of manufacturing a semiconductor device comprising: a sintered body and a film formed by sintering; and a second substrate that is bonded to the first substrate and seals the electronic component,
Forming the film with fewer crystal grains and having a uniform plane orientation compared to the sintered body on the sintered body;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of surface activation bonding the first substrate and the film.
型枠によって前記焼結体を形成する工程を含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a step of forming the sintered body with a mold. 前記焼結体に前記膜を形成する前記工程は、型枠上に前記膜を形成する第1の工程と、
前記膜上に前記焼結体を形成する第2の工程と、
前記型枠を取外す第3の工程とを含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
The step of forming the film on the sintered body includes a first step of forming the film on a mold,
A second step of forming the sintered body on the film;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a third step of removing the mold.
前記膜は、前記第2の基板と前記第1の基板との接合部にのみ形成されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。   4. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the film is formed only at a joint portion between the second substrate and the first substrate. 5. 前記膜は、金属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の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the film is a metal. 前記膜は、前記焼結体の材料と同じ材料からな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の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the film is made of the same material as that of the sintered body. 電子部品が実装された第1の基板と、
焼結によって形成された焼結体と膜とを備え、前記第1の基板と接合して前記電子部品を封止する第2の基板と、を有する半導体装置の製造方法であって、
型枠によって前記焼結体を形成する工程と、
前記第2の基板における前記第1の基板との接合部となる部分を除いた前記焼結体の周囲にレジストを塗布する工程と、
前記焼結体および前記レジストに、配線用の貫通孔を形成する工程と、
前記焼結体および前記レジストをめっきする工程と、
前記レジストを取り除き、前記焼結体と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った前記膜および前記配線を形成する工程と、
前記第1の基板と前記膜を表面活性化接合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。
A first board on which electronic components are mounted;
A method of manufacturing a semiconductor device comprising: a sintered body and a film formed by sintering; and a second substrate that is bonded to the first substrate and seals the electronic component,
Forming the sintered body by a mold,
Applying a resist around the sintered body excluding a portion of the second substrate that becomes a joint with the first substrate;
Forming a through-hole for wiring in the sintered body and the resist;
Plating the sintered body and the resist;
Removing the resist, forming the film and the wiring with less crystal grains compared to the sintered body and having a uniform plane orientation; and
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a step of surface activation bonding the first substrate and the film.
電子部品が実装された第1の基板と、
前記第1の基板と表面活性化接合して前記電子部品を封止する第2の基板と、を有する半導体装置であって、
前記第2の基板は、焼結によって形成された焼結体と、前記焼結体と比較して結晶粒が少なく、面方位が揃った前記膜とを備えることを特徴とする半導体装置。
A first board on which electronic components are mounted;
A second substrate that seals the electronic component by surface activation bonding with the first substrate, and a semiconductor device comprising:
The second substrate includes a sintered body formed by sintering, and the film having fewer crystal grains and having a uniform plane orientation than the sintered body.
JP2008003357A 2008-01-10 2008-01-10 Manufacturing method of semiconductor device, and semiconductor device Pending JP2009170445A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008003357A JP2009170445A (en) 2008-01-10 2008-01-10 Manufacturing method of semiconductor device, and semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008003357A JP2009170445A (en) 2008-01-10 2008-01-10 Manufacturing method of semiconductor device, and semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009170445A true JP2009170445A (en) 2009-07-30

Family

ID=40971342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008003357A Pending JP2009170445A (en) 2008-01-10 2008-01-10 Manufacturing method of semiconductor device, and semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009170445A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011151202A (en) * 2010-01-21 2011-08-04 Dainippon Printing Co Ltd Reflection type mask with light shielding frame, and method of manufacturing the same
WO2015111753A1 (en) * 2014-01-27 2015-07-30 独立行政法人産業技術総合研究所 Package formation method and mems package

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011151202A (en) * 2010-01-21 2011-08-04 Dainippon Printing Co Ltd Reflection type mask with light shielding frame, and method of manufacturing the same
WO2015111753A1 (en) * 2014-01-27 2015-07-30 独立行政法人産業技術総合研究所 Package formation method and mems package
JPWO2015111753A1 (en) * 2014-01-27 2017-03-23 国立研究開発法人産業技術総合研究所 Package forming method and MEMS package
US9751754B2 (en) 2014-01-27 2017-09-05 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Package formation method and MEMS package

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5137059B2 (en) Electronic component package, manufacturing method thereof, and electronic component device
JP4789836B2 (en) Cap wafer manufacturing method and semiconductor chip manufacturing method including the same
JP4559993B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US8377565B2 (en) Filling material and filling method using the same
JP5585447B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2006173557A (en) Hollow type semiconductor apparatus and its manufacture
JP2010034403A (en) Wiring substrate and electronic component device
JP4539155B2 (en) Manufacturing method of sensor system
JP2006339654A (en) Packaging chip and its packaging method
US20120205817A1 (en) Manufacturing method of semiconductor device and semiconductor device
CN105575889A (en) Method for manufacturing three-dimensional integrated circuit
US20080009095A1 (en) Advanced Thin Flexible Microelectronic Assemblies and Methods for Making Same
CN103224218A (en) Encapsulation method of MEMS device
TW202220133A (en) Low temperature hybrid bonding structures and manufacturing method thereof
JP2007305856A (en) Sealing structure and manufacturing method therefor
JP6656836B2 (en) Mounting structure and method of manufacturing the same
JP2009170445A (en) Manufacturing method of semiconductor device, and semiconductor device
JP5248179B2 (en) Manufacturing method of electronic device
JP2006201158A (en) Sensor
TWI565008B (en) Semiconductor device package structure and method of the same
JP2015122413A (en) Package and manufacturing method of the same
JP5528000B2 (en) Manufacturing method of semiconductor device
US20140061921A1 (en) Gold bonding in semiconductor devices using porous gold
JP2013165156A (en) Electrode assembly and manufacturing method of the same
WO2012120448A1 (en) Process for flip-chip connection of an electronic component