JP2016063056A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.
従来より、Si基板の表面に半導体素子を形成し、接合部材を介して、基板と蓋材とを接合し、該デバイスをパッケージングした後、ダイシング等により個片化するWLP(Wafer Level Package)技術が知られている。 Conventionally, a semiconductor element is formed on the surface of a Si substrate, a substrate and a lid material are bonded via a bonding member, the device is packaged, and then separated into individual pieces by dicing or the like. Technology is known.
Si基板にテーパー形状の貫通孔を形成し、貫通孔の側面に絶縁膜及び金属パッドを形成(TSV:Through Silicon Via)して、Si基板の裏面側から配線を引き出す光電子工学的集積回路デバイスが知られている(例えば、特許文献1参照)。 An optoelectronic integrated circuit device that forms tapered through holes in the Si substrate, and forms an insulating film and metal pads (TSV: Through Silicon Via) on the side surfaces of the through holes, and draws wiring from the back side of the Si substrate. It is known (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、従来のWLP技術では、樹脂接合を行う際、接合部材の露出部を絶縁膜等で覆っていなかったため、接合部材からパッケージ内空間へと水分が浸入していた(図1参照)。これにより、配線腐食、蓋材表面の結露、等が発生し、半導体装置の信頼性が低下するという問題があった。 However, in the conventional WLP technique, when resin bonding is performed, the exposed portion of the bonding member is not covered with an insulating film or the like, so that moisture enters the space in the package from the bonding member (see FIG. 1). As a result, wiring corrosion, dew condensation on the surface of the lid member, and the like occur, and the reliability of the semiconductor device is reduced.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、半導体装置の信頼性を向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to improve the reliability of a semiconductor device.
本実施の形態の半導体装置は、半導体素子を備える基板と、半導体素子を封止する蓋材と、基板と蓋材とを接合する接合部材と、接合部材の露出部を覆う絶縁膜と、を有することを要件とする。 The semiconductor device of this embodiment includes a substrate including a semiconductor element, a lid member that seals the semiconductor element, a bonding member that bonds the substrate and the lid material, and an insulating film that covers an exposed portion of the bonding member. It is a requirement to have.
本発明の実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。 According to the embodiment of the present invention, the reliability of a semiconductor device can be improved.
〈半導体装置の構成〉
図2に、本実施の形態に係る半導体装置100の概略構成を示す。
<Configuration of semiconductor device>
FIG. 2 shows a schematic configuration of the
半導体装置100は、基板101、蓋材102、接合部材103、絶縁膜104、半導体素子105、配線106、等を含む。
The
基板101(例えば、Si基板)は、LSI(Large Scale Integration)等の回路、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)、センサ素子、等の半導体素子105を備える。基板101には、孔107及び分離溝108が形成される。テーパー形状となる孔107の底面では、半導体素子105の一部が露出するため、半導体素子105の配線部と配線106とを電気的に接続することで、基板101の裏面側から配線を引き出すことができる。又、分離溝108に沿って、蓋材102をダイシングすることで、半導体装置100を個片化することができる。
The substrate 101 (for example, Si substrate) includes a
蓋材102は、接合部材103を介して、基板101と接合し、半導体素子105を封止する(パッケージング)。蓋材102と半導体素子105との間には、パッケージ内空間109が形成される。蓋材102は、ガラスであることが好ましい。
The
接合部材103は、基板101と蓋材102とを接合する。接合部材103としては、樹脂、ガラスフリット、金属シール材、等を用いることができる。接合部材103として樹脂を用いる場合は、熱硬化型、2液混合硬化型、UV硬化型の何れの樹脂を用いても良い。熱硬化型樹脂を用いる場合、半導体素子105の耐熱温度以下の材料であることが好ましく、UV硬化型樹脂を用いる場合、蓋材102へのUV透過性を確保できる材料であることが好ましい。
The joining
なお、接合部材103として樹脂を用いる場合、低温又は常温での硬化・接着が可能であるが、ガスバリア性が低くなる。
Note that when a resin is used as the
絶縁膜104は、接合部材103の露出部、孔107の側面、分離溝108の側面、基板101の裏面、等を覆う。絶縁膜104は、単層膜であっても、積層膜であっても良い。接合部材103の露出部を、絶縁膜104で覆うことにより、接合部材103からパッケージ内空間109への水分の浸入を防ぐことができる。
The
絶縁膜104の材料としては、耐透湿性を有する材料であり、且つ、電気絶縁性及びガスバリア性が高い材料を用いることが好ましい。例えば、SiN、SiC、SiOC、Al2O3、Ta2O5の何れか一つ又は複数の材料を選択することが可能である。
As a material for the
本実施の形態に係る半導体装置100によれば、接合部材103の露出部が絶縁膜104で覆われているため、例えば、樹脂接合を行う場合であっても、パッケージ内空間108の耐透湿性を向上させることができる。これにより、高湿化での配線腐食、蓋材表面の結露、等の発生を抑制し、デバイス性能を高めることができるため、半導体装置100の信頼性を向上させることができる。
According to the
〈半導体装置の製造方法〉
図3及び図4を用いて、半導体装置100の製造方法の一例について説明する。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
An example of a method for manufacturing the
まず、図3(A)に示す様に、基板101の表面に、半導体素子105を形成する。次に、パッケージ内空間109及び空間Xを除く領域に、接合部材103を形成する。空間Xは、後の工程で分離溝108となる領域である。
First, as shown in FIG. 3A, the
接合部材103のパターンニングは、接合部材103を感光性材料で形成し、フォトリソグラフィにより行っても良いし、ディスペンサを用いて、接合部材103を吐出させ、パターン描画することにより行っても良い。
The patterning of the
次に、基板101と蓋材102とのアライメントを行い、接合部材103を介して、基板101と蓋材102とを接合し、半導体装置100を封止する。接合後に、基板101の裏面側を研磨し、基板101を薄くしても良い。
Next, the
次に、図3(B)に示す様に、半導体素子105の一部(配線部等)が露出するように、基板101に孔107を形成する。又、空間Xと重なるように、基板101に貫通孔を形成し、空間Xと貫通孔とを重ねることで、分離溝108を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, a
フォトリソグラフィにより、レジスト塗布、パターニングを行った後、ICP(Inductively Coupled Plasma)エッチング等により、レジストパターンと重ならない基板101の一部を選択的に除去することで、孔107及び貫通孔を形成する。なお、孔107を形成する際、基板101との選択比を得られる膜が露出するように、エッチングを行うことが好ましい。
After performing resist coating and patterning by photolithography, a portion of the
孔107及び貫通孔の形状は、後工程である配線形成の際の被覆性を高めるためにテーパー形状であることが望ましい。これにより、絶縁膜104(又は配線106)の被覆性を高めることができる。テーパー角としては、約55°〜約85°であることが好ましく、約70°であることが、より好ましい。
The shape of the
次に、図3(C)に示す様に、接合部材103の露出部、孔107の側面及び底面、分離溝108の側面及び底面、基板101の裏面、等を覆うように、絶縁膜104を形成する。
Next, as shown in FIG. 3C, an
絶縁膜104の成膜方法としては、接合部材103のガラス転移点、半導体素子105の耐熱性、等を考慮して、低温処理が可能な、P−CVD(Plasma-Chemical Vapor Deposition)法、ALD(Atomic Layer. Deposition)法、等を用いることが好ましい。成膜時の温度は、接合部材103のガラス転移点温度以下、及び、半導体素子105の耐熱温度以下、であることが好ましい。
As a method for forming the
次に、図4(A)に示す様に、孔107の底面及び分離溝108の底面に存在する絶縁膜104を除去する。フォトリソグラフィにより、レジスト塗布、パターニングを行った後、エッチングにより、レジストパターンと重ならない絶縁膜104の一部を選択的に除去する。絶縁膜104の除去により、半導体素子105の配線部が露出する。
Next, as shown in FIG. 4A, the
高段差部(例えば、孔107の側面、分離溝108の側面、等)のフォトリソグラフィーにおけるレジスト塗布は、スプレーコーター、ドライフィルム等の真空ラミネート、等を適用することが好ましい。
It is preferable to apply a spray coater, a vacuum laminate such as a dry film, or the like for the resist coating in photolithography on the high step portion (for example, the side surface of the
なお、絶縁膜104の一部を除去した後、高段差部における引き出し配線を保護するためのパッシベーション膜を形成することも可能であるし、電極との接続を取るための開口部を形成することも可能である。
Note that after removing a part of the insulating
次に、図4(B)に示す様に、孔107の底面に存在する半導体素子105の配線部を、基板101の裏面側から引き出すための、配線106(例えば、金属薄膜)を形成する。具体的には、金属薄膜を成膜した後、フォトリソグラフィにより、レジスト塗布、パターニングを行った後、エッチングにより、レジストパターンと重ならない金属薄膜を選択的に除去することで、配線106を形成する。レジスト塗布は、スプレーコーター、ドライフィルム等の真空ラミネート、等を適用することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 4B, a wiring 106 (for example, a metal thin film) for drawing out the wiring portion of the
なお、接合部材103の露出部を被覆する膜は、耐透湿性を有し、ガスバリア性の高い絶縁膜であることが好ましいが、適切な絶縁膜を選定できない場合には、配線106により、接合部材103の露出部を被覆しても良い。
Note that the film covering the exposed portion of the
次に、図4(C)に示す様に、分離溝108をダイシングラインとして、蓋材102をダイシングし、半導体装置100を個片化する。ダイシングラインにおいて、基板101が予め除去されている(分離溝108が形成されている)ため、個片化の際には、蓋材102のみをダイシングすれば良い。基板101と蓋材102との積層構造体を一括でダイシングする必要が無いため、チッピングの発生を抑制し、ダイシング時におけるブレード及び半導体装置へのダメージ等を低減することが可能になる。以上の工程を経て、半導体装置100が完成する。
Next, as shown in FIG. 4C, the
上述の製造方法によれば、分離溝を形成する際、樹脂側壁が露出するように、基板をエッチングし、絶縁膜により、樹脂側壁の露出部を覆うことで、パッケージ内空間の耐透湿性を高め、デバイス内への水分透過を抑制することができる。 According to the manufacturing method described above, when forming the separation groove, the substrate is etched so that the resin side wall is exposed, and the exposed portion of the resin side wall is covered with the insulating film, so that the moisture permeability of the space in the package is improved. It is possible to increase and suppress moisture permeation into the device.
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の実施形態の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。 The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the specific embodiment, and within the scope of the gist of the embodiment of the present invention described in the claims, Various modifications and changes are possible.
100 半導体装置
101 基板
102 蓋材
103 接合部材
104 絶縁膜
105 半導体素子
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記半導体素子を封止する蓋材と、
前記基板と前記蓋材とを接合する接合部材と、
前記接合部材の露出部を覆う絶縁膜もしくは金属膜と、を有する半導体装置。 A substrate comprising a semiconductor element;
A lid for sealing the semiconductor element;
A joining member that joins the substrate and the lid;
A semiconductor device having an insulating film or a metal film covering an exposed portion of the bonding member.
請求項1に記載の半導体装置。 The joining member is a resin.
The semiconductor device according to claim 1.
請求項1又は2の何れか一項に記載の半導体装置。 The insulating film has moisture permeability resistance.
The semiconductor device according to claim 1.
請求項1乃至3の何れか一項記載の半導体装置。 The insulating film is formed of one or a plurality of materials of SiN, SiC, SiOC, Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 .
The semiconductor device according to claim 1.
請求項1乃至4の何れか一項記載の半導体装置。 The lid is glass.
The semiconductor device according to claim 1.
接合部材を介して、前記基板と蓋材とを接合し、前記半導体素子を封止する工程と、
前記接合部材の露出部を覆う絶縁膜を形成する工程と、を有する半導体装置の製造方法。 Forming a semiconductor element on a substrate;
A step of bonding the substrate and the lid member via a bonding member and sealing the semiconductor element;
Forming an insulating film covering the exposed portion of the bonding member.
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