JP2012049401A - 光センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体ウエハとカバー部材を固定するための固定部材とカバー部材との間の気泡の発生を抑制し、信頼性の高い光センサを製造する方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 光センサの製造方法は、複数の画素領域を備えた半導体ウエハを準備する工程と、前記半導体ウエハ上に、固定部材によって前記複数の画素領域の各々を囲む格子状の凸部を形成する工程と、前記固定部材による前記格子状の凸部の線幅より狭い幅の格子状の溝及び格子状に配置された複数の貫通孔の少なくとも一方からなるギャップ部を表面に有する透光性基板を準備する工程と、前記固定部材上に通気口を構成するように、前記格子状の凸部と前記ギャップ部とを対向させて前記半導体ウエハと前記透光性基板を固定する工程と、固定された前記半導体ウエハと前記透光性基板を切断し、前記画素領域毎に個片化する工程と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光センサの製造方法に関する。

光センサの小型化のため、撮像素子を備えたウエハの状態の半導体基板と光透過性基板とを固定し、個片化するＷＬＣＳＰ（ウエハレベルチップサイズパッケージ）の構成や製造方法が開示されている（特許文献１参照）。

このようなＷＬＣＳＰにおいて、線膨張係数差によるウェハレベルでの反りを低減させると共に個片化後の反りを低減させる為にダイシング部分と撮像素子の中間部分の樹脂層に１５０μｍ程度の溝を追加することが開示されている（特許文献２参照）。

特開２００６−１４７８６４号公報 特開２０１０−０５６３１９号公報

しかしながら、上述の光センサの製造方法において、半導体ウエハと透光性基板とを固定部材によって固定した後に、固定部材と透光性基板との間に発生する気泡を抑制することが困難であった。このような気泡は、その後の製造工程による加熱などによって接着面の接着強度低下という問題や、半導体ウエハと透光性部材とが剥離して歩留りを低下させる問題の要因となる。また、個片化した後においても、半導体チップ上の接着剤層とガラス基板の間に残っている気泡によって、半導体装置の気密性が低くなっているため信頼性が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、半導体ウエハとカバー部材を固定するための固定部材とカバー部材との間の気泡の発生を抑制し、信頼性の高い光センサを製造する方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの側面に係る光センサの製造方法は、複数の画素領域を備えた半導体ウエハを準備する工程と、前記半導体ウエハ上に、固定部材によって前記複数の画素領域の各々を囲む格子状の凸部を形成する工程と、前記固定部材による前記格子状の凸部の線幅より狭い幅の格子状の溝及び格子状に配置された複数の貫通孔の少なくとも一方からなるギャップ部を表面に有する透光性基板を準備する工程と、前記固定部材上に通気口を構成するように、前記格子状の凸部と前記ギャップ部とを対向させて前記半導体ウエハと前記透光性基板を固定する工程と、固定された前記半導体ウエハと前記透光性基板を切断し、前記画素領域毎に個片化する工程と、を有する。

半導体ウエハとカバー部材を固定するための固定部材とカバー部材との間の気泡の発生を抑制し、信頼性の高い光センサを製造する方法を提供することができる。

実施例１の光センサの製造工程を示す断面図である。 実施例１の光センサの製造工程を示す断面図である。 実施例１の半導体ウエハ上に配置した固定部材を示す平面図である。 実施例１の透光性基板上に配置した格子状の溝を示す平面図である。 実施例１の透光性基板と半導体ウエハとを固定部材によって固定した積層体を示す平面図である。 図１のＡ部の拡大図であり、実施例１の透光性基板と半導体ウエハとが固定部材された部分の断面図である。 比較例としての透光性基板と半導体ウエハとが固定部材された部分の断面図である。 比較例としての透光性基板と半導体ウエハとが固定部材された部分の断面図である。 実施例２の透光性基板と半導体ウエハとを固定部材によって固定した積層体を示す平面図及び断面図である。

本発明の特徴は、半導体ウエハ上に透光性基板を固定するための固定部材上に通気口を構成するように、固定部材の格子状の凸部と透光性基板に配置された格子状のギャップ部とを対向させて半導体ウエハと透光性基板を固定する点にある。透光性基板のギャップ部は、格子状の溝及び格子状に配置された複数の貫通孔の少なくとも一方を有する。

以下、本発明の実施例を図１〜図９に基づいて説明する。

本発明の第１の実施例を示す光センサの製造方法を図１を用いて説明する。
まず、シリコン単結晶から形成された基板に、複数の画素領域２が形成された半導体ウエハ１を準備する（図１（ａ））。画素領域は、受光素子やトランジスタが形成されており、一般的な半導体素子製造工程によって形成される。半導体ウエハ上にはマイクロレンズ３が形成されている。半導体ウエハとマイクロレンズの間には不図示の配線層が配置されている。

次に、半導体ウエハ上に格子状の凸部となる固定部材４を配置する（図１（ｂ））。固定部材４は、接着剤となる感光性樹脂層を形成してパターニングする方法や、紫外線硬化型或いは熱硬化型の液状接着剤を塗布する方法を用いて、格子状の凸部が各画素領域を囲むような位置に配置する。図３は、半導体ウエハ上に配置した固定部材４を示す平面図である。固定部材４の格子状の凸部の線幅Ｗ１は、後述のダイシング後の光センサの信頼性と小型化を両立するために、１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下が好ましい。

そして、半導体ウエハと略同一の大きさを有し、一方の面に格子状の溝が形成された透光性基板５を準備する（図１（ｃ））。図４は、透光性基板上に配置した格子状の溝６を示す平面図である。この様な溝部をギャップ部と称する。透光性基板５に配置された格子状の溝６の幅Ｗ２は、半導体ウエハ上に配置された固定部材の格子状の凸部の線幅Ｗ１の３０％以上５０％以下が好ましい。透光性基板は、例えば３００μｍの厚みのガラス基板で、溝６の深さは、透光性基板５の剛性を確保するために透光性基板５の厚みの５０％以下が好ましく、２０％以下が特に好ましい。そして、格子を形成する各溝は透光性基板の端部まで延在している。透光性基板５の材料は、ガラスや水晶を用いることができる。また、透光性基板５は、半導体ウエハ１のシリコンと近い線膨張係数であることが反りを低減するためには好ましい。例えばガラスでは、パイレックス（登録商標）、テンパックス（登録商標）などのホウ珪酸ガラスを用いることができる。

次に、透光性基板５の格子状の溝が形成された面と半導体ウエハ１とを向かい合わせて、透光性基板５と半導体ウエハ１とを固定部材４によって貼り合せる（図１（ｄ））。図５は、透光性基板５と半導体ウエハ１とを固定部材によって固定した積層体を示す平面図である。この積層体において、格子状に配置された固定部材の領域内に実線で示した溝が配置されており、溝は固定部材の幅方向の概ね中央に配置されている。図６（ａ）、（ｂ）は、図１（ｄ）のＡ部の拡大断面図である。透光性基板５は、固定部材側の接着面に向かって加圧されながら加熱を行って硬化させることで接着され、固定される。この加圧により透光性基板５は、図６（ａ）に示すように固定部材４の有無によって変形した状態で固定部材４と貼り合わされる。そして、加圧を解除した後、図６（ｂ）に示すように透光性基板５が元に戻った際に、溝６が外部への通気口となっているため、固定部材４と透光性基板５との間に気泡が発生しない。

ここで、図７を用いて、透光性基板５に溝６が無い場合の透光性基板１５と固定部材４との接着部分の状況を説明する。図７（ａ）は、平板の透光性基板１５と半導体ウエハ１とを固定部材４を介して貼り合わせている図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）のＢ部の拡大断面図であり、透光性基板１５を固定部材側の接着面に向かって加圧して固定している状態を示している。図６（ａ）と同様に固定部材４の有無によって変形した状態となる。図６（ａ）と異なる点は、透光性基板１５と固定部材４との間に空間が形成されて貼り合わされる点である。そして、加圧を解除した後、図７（ｃ）に示すように透光性基板１５が元に戻った際に、空間内の気体が外部へ通じる通気口が無いため、固定部材４と透光性基板１５との間に気泡が発生する。このような気泡は、後に続く貫通電極形成工程の熱処理などにより膨張し、さらには接着剤の溶剤や水分からの気体の発生も伴って接着面積の縮小や、さらには剥離させることになり、歩留りの低下や光センサの信頼性低下の要因となる。さらに、別な例として、図８を用いて、透光性基板に溝が無い場合の透光性基板１５と固定部材４との接着部分の状況を説明する。図８（ａ）は、平板の透光性基板１５と半導体ウエハ１とを、ダイシング部分に空間Ｇが形成されて分割された固定部材４を介して貼り合わせている図である。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＣ部の拡大断面図であり、透光性基板１５を固定部材側の接着面に向かって加圧して固定している状態を示している。図６（ａ）と同様に固定部材４の有無によって変形した状態となる。２つの固定部材４の間隔は１５０μｍ程度であるが、図７（ｂ）と同様に、透光性基板１５と固定部材４との間に空間が形成されて貼り合わされている。そして、加圧を解除した後、図８（ｃ）に示すように、透光性基板１５が元に戻った際に、空間内の気体が外部へ通じる通気口が無いため、固定部材４と透光性基板１５との間に気泡が発生する。そのため、図７で示した構成と同様に歩留りの低下や光センサの信頼性低下となる。

従って、本発明で示すように、透光性基板に格子状の溝を形成することで、透光性基板と固定部材との間に発生する気泡を低減することができるため、歩留りの向上や光センサの信頼性向上を実現することができる。引き続き、次の工程を説明する。

次に、半導体ウエハの厚さ薄くし、半導体ウエハに貫通電極と、半導体ウエハの透光性基板とは反対側の面に配線及び接続端子を形成する（図２（ｅ））。半導体ウエハ１の厚みを薄くする方法は、バックグラインド、ＣＭＰ（化学機械研磨）、エッチングのうち１以上の方法が選択される。そして、半導体ウエハ１の厚さは、加工前の７００μｍから７５μｍに薄くした。半導体ウエハ１の厚みは１００μｍ程度まで薄化すると、貫通電極８の形成が容易になる。まず、半導体ウエハ表面に形成された不図示の多層配線の配線部分を開口させるために半導体ウエハ１に貫通孔をエッチングにて形成する。そして、シリコン酸化膜などの絶縁膜７を形成し貫通孔内の絶縁膜７をエッチングして開口させ、例えばＣｕメッキにて貫通孔に貫通電極８を形成し、半導体ウエハの透光性基板とは反対側の面（裏面）に配線９を形成する。そして、半導体ウエハの裏面に絶縁部材１０としてのソルダーレジストを形成し、配線上に開口を形成し、接続端子１１としての半田ボールをリフローによって形成する。貫通電極の形成工程では、熱処理時の約２００℃の温度が半導体ウエハと透光性基板の積層体に加わり、固定部材である接着剤に含まれる溶剤や水分などによってガスが発生することがある。しかし、発生したガスは通気口から外部へ排出できるため接着面の剥離にまでは至らない。

次に、固定された半導体ウエハと透光性基板とを切断して画素領域毎に個片化する（図２（ｆ））。符号１２は切断位置である。切断する方法は、ブレードダイシングやレーザダイシングなどから選択される。レーザダイシングは、薄化された半導体ウエハの加工性に優れ、切断の幅が小さくでき、切断面のバリなどの発生を抑制できるので好適な方法である。ダイシング幅は、溝部６の幅よりも狭くすることで、工程の簡略化が実現できる。また、ダイシングブレードを使用した場合はブレードの負荷を低減できるため、ブレードの寿命が伸びるので、ブレードの交換サイクルを長く設定でき、生産効率の向上が可能となる。レーザダイシングを使用した場合は工程の時間を短縮できる。

この様な工程によって、光センサが完成する（図２（ｇ））。光センサはＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどである。

以上説明したように、本実施例によって、半導体ウエハとカバー部材を固定するための固定部材とカバー部材との間の気泡の発生を抑制し、信頼性の高い光センサを製造することができる。

図９は本発明の第２の実施例を示す透光性基板と半導体ウエハの積層体の平面図及び断面図である。
実施例１と異なる点は、透光性基板の構造が溝部ではなく、貫通孔であることである。従って、製造工程は透光性基板の構造が異なるだけで実施例１と同じであるため、詳細は省略する。図９では、実施例１の説明と同じ構成に対しては同じ符号を付している。以下に透光性基板の構造を中心に説明を行う。

図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、透光性基板２５の貫通孔１６は、格子状に配置された固定部材４に対応する領域内に配置されている。この様な構造により、固定部材４の表面が通気口としての貫通孔１６によって外部と通じている。そのため、透光性部材２５と固定部材４の間に発生する可能性のある気体が通気口としての貫通孔１６を通じて外部に放出される。格子状の固定部材４の線幅は１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、貫通孔１６の径Ｗ２は、溝部と同様に、格子状の凸部の線幅の３０％以上５０％以下であることが好ましい。

このような貫通孔を有する透光性基板２５とすることで、実施例１のように平面方向に連続した溝部を設ける場合に比べて、透光性基板２５の曲げ剛性の低下を抑えることが可能である。そのため、半導体ウエハをバックグラインドで薄化する際の支持部材としての機能を透光性基板の厚みを厚くすることなく維持できる。なお、実施例１に記載した溝部と本実施例の貫通孔を併用することで、より外部への気体の排出の効率を上げることが可能である。

上記の通り、本実施例においても、半導体ウエハとカバー部材を固定するための固定部材とカバー部材との間の気泡の発生を抑制し、信頼性の高い光センサを製造することができる。

１ 半導体ウエハ
２ 画素領域
３ マイクロレンズ
４ 固定部材
５ 透光性基板
６ 格子状の溝
７ 絶縁膜
８ 貫通電極
９ 配線
１０ 絶縁部材
１１ 接続端子

Claims (5)

1. 複数の画素領域を備えた半導体ウエハを準備する工程と、
   前記半導体ウエハ上に、固定部材によって前記複数の画素領域の各々を囲む格子状の凸部を形成する工程と、
   前記固定部材による前記格子状の凸部の線幅より狭い幅の格子状の溝及び格子状に配置された複数の貫通孔の少なくとも一方からなるギャップ部を表面に有する透光性基板を準備する工程と、
   前記固定部材上に通気口を構成するように、前記格子状の凸部と前記ギャップ部とを対向させて前記半導体ウエハと前記透光性基板を固定する工程と、
   固定された前記半導体ウエハと前記透光性基板を切断し、前記画素領域毎に個片化する工程と、
   を有することを特徴とする光センサの製造方法。
2. 前記半導体ウエハと前記透光性基板を固定する工程と前記個片化する工程との間に、前記半導体ウエハに貫通電極と、前記半導体ウエハの前記透光性基板とは反対側の面に配線及び接続端子を形成する工程と、をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の光センサの製造方法。
3. 前記固定部材の前記格子状の凸部の線幅は１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、前記透光性基板に配置された前記格子状の溝及び前記格子状に配置された複数の貫通孔の幅は、前記格子状の凸部の線幅の３０％以上５０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記個片化する工程は、前記透光性基板に配置された前記格子状の溝及び前記格子状に配置された複数の貫通孔の少なくとも一方に沿ってダイシングすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記透光性基板を準備する工程は、前記格子状の溝部を有する透光性基板を準備する工程であり、前記個片化する工程は、ダイシング幅を前記格子状の溝部の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。

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