JP4042993B2 - 光検出半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、光検出半導体装置の製造方法に関するものである。
光ディスク装置の記録密度を高めるためには、光ピックアップに用いるレーザーの波長を短波長化する必要がある。波長が短いほどビームのスポット径を小さくでき、高密度に記録再生することができるからである。ＣＤ（コンパクトディスク）では７８０ｎｍであった波長がＤＶＤでは６５０ｎｍとなり、最近のＢＤ（ブルーレイディスク）では４０５ｎｍと短くなっている。
ところで、光ピックアップに用いられる光検出半導体装置は、一般に、フォトダイオードなどの受光素子を含む集積回路素子と、集積回路素子を搭載するプリント基板と、それらを封止する封止用樹脂からなる封止部から構成されており、レーザーの波長を短くした場合に問題となることがある。それは光検出半導体装置の封止材料として用いる封止用樹脂の劣化である。
照射するレーザーの波長が短くなるほど光のエネルギーが大きくなり、そのため封止部の封止用樹脂が変質して透明度を保てなくなり、光透過率が悪化してしまうのである。
そして、光透過率が悪化すると再生出力信号レベルが低下し、再生信号のＳ／Ｎが悪化するため記録されているデータの再生に支障が生じることになる。
そして、光透過率が悪化すると再生出力信号レベルが低下し、再生信号のＳ／Ｎが悪化するため記録されているデータの再生に支障が生じることになる。
そこで、このような問題を解決するために、図１に示す光検出半導体装置が提案されている。
図１に示した光検出半導体装置１００は、下記特許文献１に開示されたもので、受光部１１１を有する集積回路素子１０１と、リード片１０２と、これらを電気的に接続するワイヤ１０４と、受光部１１１の表面を覆う薄膜１１３とを、封止部１０３によって封止した構造である。但し、封止部１０３には、受光部１１１の上方の入光側表面に、円錐台形状の孔部１０６を設けている。
図１に示した光検出半導体装置１００は、下記特許文献１に開示されたもので、受光部１１１を有する集積回路素子１０１と、リード片１０２と、これらを電気的に接続するワイヤ１０４と、受光部１１１の表面を覆う薄膜１１３とを、封止部１０３によって封止した構造である。但し、封止部１０３には、受光部１１１の上方の入光側表面に、円錐台形状の孔部１０６を設けている。
孔部１０６は、次の方法で形成される。
まず、内部に貫通孔が形成されたピンと、ピン挿入用の孔が形成された封止用樹脂の成形型とを用意しておく。そして、受光部１１１の上に薄膜１１３を形成した集積回路素子１０１にワイヤ１０４を介してリード片１０２を接続した素子ユニットを前記成形型内にセットして、前記素子ユニットの周囲全域に封止用樹脂を流し込む。その後、薄膜１１３の表面にピンの貫通孔を介して気体を吹き付けたり、ピンの貫通孔を介して封止用樹脂を吸い取ったりすることで、受光部１１１の表面側を覆う封止用樹脂を取り除くことで、孔部１０６とする。
まず、内部に貫通孔が形成されたピンと、ピン挿入用の孔が形成された封止用樹脂の成形型とを用意しておく。そして、受光部１１１の上に薄膜１１３を形成した集積回路素子１０１にワイヤ１０４を介してリード片１０２を接続した素子ユニットを前記成形型内にセットして、前記素子ユニットの周囲全域に封止用樹脂を流し込む。その後、薄膜１１３の表面にピンの貫通孔を介して気体を吹き付けたり、ピンの貫通孔を介して封止用樹脂を吸い取ったりすることで、受光部１１１の表面側を覆う封止用樹脂を取り除くことで、孔部１０６とする。
以上の光検出半導体装置では、受光部１１１上方に孔部１０６を形成したことで、受光部１１１の表面上には、光エネルギーで劣化する封止部１０３が存在せず、封止部１０３を介在せずに、光を直接受光部１１１に到達させることができる。それによって、封止部１０３が受光部１１１への光透過率に影響を及ぼす危険を回避でき、光検出性能を長期に渡って安定維持することが可能になる。
特開２００３−２７３３７１号公報
しかしながら、上述した従来の光検出半導体装置１００では、封止部１０３の形成のために成形型に流し込まれた封止用樹脂は一旦、薄膜１１３の表面に付着してしまう。そのため、付着した封止用樹脂は、気体の吹き付けや、ピンの貫通孔からの吸い取りによって取り除くようにしているが、一旦受光面に付着した封止用樹脂を完全に取り除くことは困難である。その結果、どうしても封止用樹脂の一部が残ってしまい、残存する封止用樹脂が受光部１１１の表面を遮る汚れとなって、受光部１１１への光透過率を低下させる虞があった。
本発明が解決しようとする課題としては、光エネルギーの高い短波長のレーザーが受光面に照射される場合でも、光エネルギーの照射による封止部の変質が受光面への光透過率に影響を及ぼすことがなく、光検出性能を長期に渡って安定維持することが可能な光検出半導体装置の製造方法を提供することが一例として挙げられる。
上記課題を解決するために、請求項１に記載の光検出半導体装置の製造方法は、受光面を有する受光素子を含む集積回路素子と、この集積回路素子を封止する封止部とを備え、前記封止部は前記受光面を露出させる円形もしくは楕円形の開口部を有する光検出半導体装置の製造方法であって、前記集積回路素子の表面に、窒化膜あるいはポリイミド膜程度の低い表面自由エネルギーの薄膜を前記受光面を除いて形成することにより、前記受光面が前記薄膜の表面に対して凹となる段差が形成されるように、かつ前記段差が１μｍ以上となるように前記薄膜の膜厚を設定する薄膜形成工程と、シリコーン系樹脂程度の表面張力を有しかつ硬化前に１０パスカル・秒以上の粘性をもつ封止用樹脂を前記受光面を避けて塗布することにより前記封止部を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
以下、本発明に係る光検出半導体装置の製造方法の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図２は本発明の実施の形態に係る光検出半導体装置の製造方法によって製造された光検出半導体装置を示すものであり、図２（ａ）は光検出半導体装置の平面図であり、図２（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。
図２は本発明の実施の形態に係る光検出半導体装置の製造方法によって製造された光検出半導体装置を示すものであり、図２（ａ）は光検出半導体装置の平面図であり、図２（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。
図２に示した光検出半導体装置１５の場合、プリント配線板６の表面には銅箔からなる配線パターン２が形成され、プリント配線板６の表面には集積回路素子３及びチップコンデンサ４が装着されている。
集積回路素子３は、プリント配線板６上の配線パターン２に導電性接着剤で接着されている。また、チップコンデンサ４は配線パターン２に導電性接着剤にて接着される。一方、集積回路素子３の表面にはボンディングパッド５が形成され、ボンディングパッド５と配線パターン２とはボンディングワイヤー１で接続されている。
ボンディングワイヤー１の材料としては一般に金線が用いられ、ボンディングパッド５及び配線パターン２とは熱圧着にてボンディングされる。配線パターンの表面が銅箔のままではボンディングの接合強度を確保できないため、配線パターン２の表面は金メッキ処理されている。
受光素子（受光部）３１を含んだ集積回路素子３の表面には、受光素子３１の表面である受光面３１ａの上を除く領域に所定の厚さで薄膜１０が形成されている。これにより、薄膜１０は、受光面３１ａを露出させる円形または楕円形状の開口部１０ａを中央部に有した構造となっている。そして、薄膜１０は、開口部１０ａにより受光面３１ａの周囲に形成される段差が、少なくとも１μｍ以上となるように、膜厚が設定されている。
即ち、受光面３１ａの表面の位置は、薄膜１０の表面よりも１μｍ以上低い位置になっている。
そして、プリント配線板６に搭載された集積回路素子３、ボンディングワイヤー１、チップコンデンサ４を覆うように封止用樹脂が塗布されて封止部９が形成されている。
即ち、受光面３１ａの表面の位置は、薄膜１０の表面よりも１μｍ以上低い位置になっている。
そして、プリント配線板６に搭載された集積回路素子３、ボンディングワイヤー１、チップコンデンサ４を覆うように封止用樹脂が塗布されて封止部９が形成されている。
封止用樹脂を集積回路素子３の受光面３１ａを除いた部分に塗布・充填することで、封止部９には、受光面３１ａを露出させる開口部９ａが形成される。
図２（ｂ）に示すように、薄膜１０の上に塗布された封止用樹脂は、開口部１０ａを形成している薄膜１０の段差の部分では表面張力により、受光面３１ａ側には流れ込まない。従って、封止部９も、受光面３１ａを露出させる封止用樹脂の塗布膜厚以上の開口部寸法を有する開口部９ａを有した構造になり、受光面３１ａの上には、開口部１０ａ及び開口部９ａにより、封止用樹脂が入り込まない開口部８が形成される。
図２（ｂ）に示すように、薄膜１０の上に塗布された封止用樹脂は、開口部１０ａを形成している薄膜１０の段差の部分では表面張力により、受光面３１ａ側には流れ込まない。従って、封止部９も、受光面３１ａを露出させる封止用樹脂の塗布膜厚以上の開口部寸法を有する開口部９ａを有した構造になり、受光面３１ａの上には、開口部１０ａ及び開口部９ａにより、封止用樹脂が入り込まない開口部８が形成される。
この薄膜１０の表面と受光面３１ａの間に形成される段差ｄの様子を図３に示す。
段差ｄは、薄膜１０の膜厚で、受光面３１ａの表面から薄膜１０の表面までの距離である。この段差ｄが少なくとも１μｍ以上となるように、薄膜１０は形成されている。
このように段差ｄを設定することで、薄膜１０上に塗布された封止用樹脂が開口部８側に流れることを防止でき、封止用樹脂の付着による受光面３１ａの汚れを防止して、製造上の歩留まりを大きく改善できる。
つまり、製造工程において封止用樹脂を流し込む際、この薄膜１０の段差部分で生じる表面張力により、封止用樹脂が開口部８へ入り込むのを防いでいるのである。
段差ｄは、薄膜１０の膜厚で、受光面３１ａの表面から薄膜１０の表面までの距離である。この段差ｄが少なくとも１μｍ以上となるように、薄膜１０は形成されている。
このように段差ｄを設定することで、薄膜１０上に塗布された封止用樹脂が開口部８側に流れることを防止でき、封止用樹脂の付着による受光面３１ａの汚れを防止して、製造上の歩留まりを大きく改善できる。
つまり、製造工程において封止用樹脂を流し込む際、この薄膜１０の段差部分で生じる表面張力により、封止用樹脂が開口部８へ入り込むのを防いでいるのである。
次に、集積回路素子３上に薄膜１０を形成する方法について図４（ａ）〜（ｃ）に示す。
図４（ａ）において、符合１７は、受光素子３１を含んだ集積回路素子３が多数個集まったシリコンウエハーである。使用するウエハー１７のプロセスはアルミ配線工程の前まで終了している。つまり回路素子の形成工程まで完了しているとする。
図４（ａ）において、符合１７は、受光素子３１を含んだ集積回路素子３が多数個集まったシリコンウエハーである。使用するウエハー１７のプロセスはアルミ配線工程の前まで終了している。つまり回路素子の形成工程まで完了しているとする。
図４（ｂ）において集積回路素子３のチップ表面全域にプラズマＣＶＤ法により、Ｐ−ＳｉＮ（プラズマ窒化膜）を堆積させて薄膜１０を形成する。プラズマＣＶＤ法はシランガス（ＳｉＨ４）、アンモニアガス（ＮＨ３）を高周波電界によりプラズマ化して低温（２００℃〜４００℃）で堆積させ、Ｐ−ＳｉＮ膜をウエハー全面に形成するものである。この時、Ｐ−ＳｉＮ膜厚が１μｍ以上になるようにしている。
次にフォトレジストをコーターでＰ−ＳｉＮ膜上に塗布し、ウエハー上に開口部とボンディングパッド部のパターンをステッパで焼き付ける。そして現像して開口部とボンディングパッド部のレジストを取り除き、エッチングにてＰ−ＳｉＮ（プラズマ窒化膜）をパターンニングする。このようにして、図４（ｃ）に示すように、集積回路素子３上に少なくとも１μｍの段差がある開口部１０ａが形成される。
図５（ａ）〜（ｃ）は、上記光検出半導体装置１５を製造する際の封止用樹脂の充填工程について示している。
図５（ａ）において、側縁を密着させて隣接する２枚のプリント配線板６上には集積回路素子３が搭載され、プリント配線板６と集積回路素子３との間はボンディングワイヤー１で接続されている。２枚のプリント配線板６の境界位置の上方に配置されたノズル１１は、これらのプリント配線板６に向けて所定の噴射速度で封止用樹脂を吐出する。
図５（ａ）において、側縁を密着させて隣接する２枚のプリント配線板６上には集積回路素子３が搭載され、プリント配線板６と集積回路素子３との間はボンディングワイヤー１で接続されている。２枚のプリント配線板６の境界位置の上方に配置されたノズル１１は、これらのプリント配線板６に向けて所定の噴射速度で封止用樹脂を吐出する。
図５（ｂ）に示すように、封止用樹脂はボンディングワイヤー１を伝わって集積回路素子３上の薄膜１０の上部まで塗布される。このボンディングワイヤー１の存在が樹脂の成形に役立っている。
そして、図５（ｃ）に示すように、薄膜１０の段差部分で生じる表面張力で、封止用樹脂が開口部１０ａの内側へ入り込むことが防止されて、開口部８を形成する封止部９が形成される。
封止用樹脂は、図５に示したように、集積回路素子３の上に直接塗布せずに、プリント配線板６の端縁側から集積回路素子の表面側に徐々に這い上がるように充填させると効率よく製造することができる。
封止用樹脂の充填処理後、封止用樹脂が光硬化性樹脂である場合は光により硬化し、熱硬化性樹脂である場合は加熱により硬化する。
封止用樹脂の充填処理後、封止用樹脂が光硬化性樹脂である場合は光により硬化し、熱硬化性樹脂である場合は加熱により硬化する。
光検出半導体装置１５は、封止部９の形成により、集積回路素子３の受光面３１ａ以外の部分とボンディングワイヤー１およびその接続部分が覆われて、外部からの機械的衝撃等から保護される。
一方、受光面３１ａは封止用樹脂では保護されないが、その表面に薄くプラズマ窒化膜を付着することにより耐湿性を改善する事ができる。また反射防止膜を付けても良い。
一方、受光面３１ａは封止用樹脂では保護されないが、その表面に薄くプラズマ窒化膜を付着することにより耐湿性を改善する事ができる。また反射防止膜を付けても良い。
以上のような集積回路素子３の表面に形成される薄膜１０の材料としては、ＳｉＮ（窒化珪素）、Ｔｉ（チタン）、ＴｉＮ（窒化チタン）等を用いることができるが、一般的な表面保護膜であるＰ-ＳｉＮ（プラズマシリコン窒化膜）がプロセス的にも適している。
または、薄膜１０の材料として、ポリイミド樹脂も好適である（例えば、日立化成工業株式会社製：非感光性ポリイミドＰＩＱシリーズなど）。
薄膜１０をポリイミド樹脂にて形成する方法は以下のようにする。
図４（ｂ）において集積回路素子３のチップ表面にポリイミド樹脂をスピンコートする。
次に、ウエハー上に受光素子３１周辺の開口部１０ａ、ボンディングパッド部、スクライブエリアなどのパターンをステッパ等で露光後、現像してこれらの部分の膜を取り除く。
そして、約３００℃の温度で１時間程度ベークしてこのポリイミド膜を焼き固めて、薄膜１０として完成させる。
薄膜１０をポリイミド樹脂にて形成する方法は以下のようにする。
図４（ｂ）において集積回路素子３のチップ表面にポリイミド樹脂をスピンコートする。
次に、ウエハー上に受光素子３１周辺の開口部１０ａ、ボンディングパッド部、スクライブエリアなどのパターンをステッパ等で露光後、現像してこれらの部分の膜を取り除く。
そして、約３００℃の温度で１時間程度ベークしてこのポリイミド膜を焼き固めて、薄膜１０として完成させる。
さらに、この薄膜１０の材料を選択する際に重要な要素としては、塗布する封止用樹脂と薄膜１０とのぬれ性がある。
ぬれ性は薄膜１０の表面自由エネルギー、薄膜１０の表面の粗さ、封止用樹脂の表面張力などで決まる。
本願発明者は試作実験の結果から、集積回路素子３の表面を被覆する薄膜１０の開口部１０ａにおいて、薄膜１０と封止用樹脂の接触角θ（図３参照）を３０°以上にすることが望ましいことを見出した。
接触角θが３０°以上になるように薄膜の材料と封止用樹脂の材料を選定するのである。接触角を３０°以上にするには、表面自由エネルギーが低い薄膜材料と表面張力が大きい封止用樹脂材料の組み合わせを選択すればよい。
接触角θは、図３に示すように、固体と液体の界面（水平線）と液滴端での接線とがなす角のことであり、固体と液体とのぬれ性を計量的に示す尺度である。接触角θが大きいほどぬれにくくなり、接触角θが小さいほどぬれ易くなる。
ぬれ性は薄膜１０の表面自由エネルギー、薄膜１０の表面の粗さ、封止用樹脂の表面張力などで決まる。
本願発明者は試作実験の結果から、集積回路素子３の表面を被覆する薄膜１０の開口部１０ａにおいて、薄膜１０と封止用樹脂の接触角θ（図３参照）を３０°以上にすることが望ましいことを見出した。
接触角θが３０°以上になるように薄膜の材料と封止用樹脂の材料を選定するのである。接触角を３０°以上にするには、表面自由エネルギーが低い薄膜材料と表面張力が大きい封止用樹脂材料の組み合わせを選択すればよい。
接触角θは、図３に示すように、固体と液体の界面（水平線）と液滴端での接線とがなす角のことであり、固体と液体とのぬれ性を計量的に示す尺度である。接触角θが大きいほどぬれにくくなり、接触角θが小さいほどぬれ易くなる。
さらに、封止用樹脂材料に要求される特性としては、粘性がある程度大きいことである。
本願発明者は試作実験の結果から、塗布時点での封止用樹脂の粘度は１０Ｐａ・ｓ（パスカル・秒）以上が望ましいことを知見した。
封止用樹脂の粘度が小さいと樹脂が硬化するまでの間に、外部からのわずかな機械的衝撃によって封止用樹脂が開口部１０ａ内に流れ込んでしまい、受光面３１ａへの封止用樹脂の付着汚れにより、歩留まりを極端に悪化させてしまう。
本願発明者は試作実験の結果から、塗布時点での封止用樹脂の粘度は１０Ｐａ・ｓ（パスカル・秒）以上が望ましいことを知見した。
封止用樹脂の粘度が小さいと樹脂が硬化するまでの間に、外部からのわずかな機械的衝撃によって封止用樹脂が開口部１０ａ内に流れ込んでしまい、受光面３１ａへの封止用樹脂の付着汚れにより、歩留まりを極端に悪化させてしまう。
このように表面張力が大きく、粘度がある程度高い封止用樹脂が必要となるが、シリコーン系の樹脂を用いればこの要求を満たすことができる。シリコーン系の樹脂はＳｉＯ4（珪酸）の主鎖に有機物が付加された構造物どうしが架橋をつくって繋がることでレジンを構成しているもので、付加する有機物の分子量により粘度の調整が可能である。
付加する有機物の分子量を大きくすると粘度は増加し、分子量を小さくすると粘度は減少する。
今回の試作実験にはシリコーン系の樹脂を用いた。
また、市販されている紫外線硬化樹脂であるスリーボンド３１３０Ｂなどのエポキシ系樹脂を用いても良い。
付加する有機物の分子量を大きくすると粘度は増加し、分子量を小さくすると粘度は減少する。
今回の試作実験にはシリコーン系の樹脂を用いた。
また、市販されている紫外線硬化樹脂であるスリーボンド３１３０Ｂなどのエポキシ系樹脂を用いても良い。
さらに、上記シリコーン系の樹脂は、ＳｉＯ２微細粒子を含むように微小なＳｉＯ２（例えば、０．３μｍ〜０．５μｍ径の微小球形ＳｉＯ２粉末、極小ＳｉＯ２（ヒュームドシリカ）など）を少量添加してもよい。このようにＳｉＯ２微細粒子を含むことにより、樹脂の表面張力をより高め、成型時の形状安定性（チキソ性）も高めることができる。よって、封止用樹脂が受光面３１ａに流れ込むのを防ぐことができるので、光検出半導体装置１５の生産性と歩留まりを向上させることができる。
図６は、封止用樹脂としてＳｉＯ２微細粒子を含むシリコーン系樹脂を用いて試作した光検出半導体装置の一例を示す写真である。図６に示すように、封止用樹脂が受光面８に流れ込んでいないことがわかる。
図６は、封止用樹脂としてＳｉＯ２微細粒子を含むシリコーン系樹脂を用いて試作した光検出半導体装置の一例を示す写真である。図６に示すように、封止用樹脂が受光面８に流れ込んでいないことがわかる。
以上のように、本発明の実施の形態に係る光検出半導体装置の製造方法によって製造された上記光検出半導体装置１５は、受光面３１ａ以外の集積回路素子（半導体チップ）３の表面に薄膜１０としてのプラズマ窒化膜を膜厚が１μｍ以上となるように堆積させ、受光面３１ａと薄膜１０の表面との間にその膜厚による段差ｄの開口部１０ａを形成しておき、封止用樹脂を塗布する際には、受光素子３１から離れたプリント配線板６の端部側から封止用樹脂の塗布処理を行って、プリント配線板６と集積回路素子３との間に接続されたボンディングワイヤー１や薄膜１０により封止用樹脂の塗布域を制御する。薄膜１０上に流入した封止用樹脂は、薄膜１０の開口部１０ａの段差ｄのところに生じる表面張力により、封止用樹脂が受光面３１側に垂れるのを簡単且つ確実に防止することができる。
従って、製造時に受光面３１ａが封止用樹脂の付着によって汚れることがなく、封止用樹脂の付着汚れに起因した製品歩留まりの低下を防止して、生産性を向上させることができる。
従って、製造時に受光面３１ａが封止用樹脂の付着によって汚れることがなく、封止用樹脂の付着汚れに起因した製品歩留まりの低下を防止して、生産性を向上させることができる。
特に、封止用樹脂には、プラズマ窒化膜による薄膜１０との間の接触角θが３０°以上となるようなぬれ性を有すると共に、１０Ｐａ・ｓ（パスカル・秒）以上の粘度を有する樹脂材料を選定しておけば、薄膜１０の開口部１０ａによる段差部に発生する表面張力が有効に活用でき、受光面３１ａの領域だけを除いた形の封止部９を簡単に且つ高精度に形成することができる。
また、上記光検出半導体装置１５によれば、受光面３１ａの上には、光エネルギーの影響による変質で透明度が悪化する封止部９が存在していないため、光エネルギーの高い短波長のレーザーが受光面３１ａに照射される場合でも、封止部９の変質が受光面３１ａへの光透過率に影響を及ぼすことがなく、光検出性能を長期に渡って安定維持することが可能になる。
なお、以上の光検出半導体装置１５に使用する受光素子３１としては、波長５００ｎｍ以下の光に対して感度を有するものを採用すると良い。
上記光検出半導体装置１５の場合、受光素子３１の受光面３１ａの上には光エネルギーの影響による変質で透明度が悪化する封止部９が存在していない。そのため、波長５００ｎｍ以下の短波長の光に対して感度を有する受光素子３１を採用することで、高密度の記録再生に適したものになり、例えば波長が４０５ｎｍのレーザーを使用するＢＤ（ブルーレイディスク）等に使用可能な光検出半導体装置に仕上げることができ、光ディスク装置の記録密度の記録密度向上を図ることができる。
上記光検出半導体装置１５の場合、受光素子３１の受光面３１ａの上には光エネルギーの影響による変質で透明度が悪化する封止部９が存在していない。そのため、波長５００ｎｍ以下の短波長の光に対して感度を有する受光素子３１を採用することで、高密度の記録再生に適したものになり、例えば波長が４０５ｎｍのレーザーを使用するＢＤ（ブルーレイディスク）等に使用可能な光検出半導体装置に仕上げることができ、光ディスク装置の記録密度の記録密度向上を図ることができる。
以上、詳述したように、本発明の実施の形態に係る光検出半導体装置の製造方法によって製造された光検出半導体装置１５は、受光面３１ａを有する受光素子３１を含む集積回路素子３と、この集積回路素子３を封止する封止部９とを備え、封止部９には受光面３１ａを露出させる開口部１０ａが形成された光検出半導体装置であって、集積回路素子３の表面に、受光面３１ａを除いて表面自由エネルギーが低い薄膜１０を形成することにより、受光面３１ａが薄膜１０の表面に対して凹となる段差ｄが形成されるとともに、受光面３１ａを避けて、表面張力が大きくかつ粘性がある封止用樹脂を塗布することにより封止部９を形成したものである。
このため、光エネルギーの高い短波長のレーザーが受光面に照射される場合でも、封止部９の変質が受光面３１ａへの光透過率に影響を及ぼすことがなく、光検出性能を長期に渡って安定維持することが可能になり、光ピックアップに用いるレーザーの短波長化も図り易くなる。
また、封止部９を形成するために集積回路素子３の表面に封止用樹脂を塗布するが、集積回路素子３の表面には予め受光面３１ａを除く範囲に薄膜１０が形成されており、封止用樹脂は受光面３１ａを除く範囲、即ち、薄膜上に塗布されることになる。薄膜上に塗布された封止用樹脂は、受光面３１ａを露出するために薄膜１０に形成された開口部１０ａにおける段差に到達すると、そこで作用する表面張力のために、開口部１０ａの内側、即ち受光面３１ａ側には流れない。従って、薄膜１０上に封止用樹脂を塗布する作業は、それほど正確に行わなくとも、封止用樹脂が受光面３１ａ側に流れることがなく、封止部９に受光面３１ａを露出させる開口部８を形成することが容易にできる。
また、薄膜の開口部１０ａの段差によって封止用樹脂が受光面３１ａに流れることを防止できるため、製造時に受光面３１ａが封止用樹脂の付着によって汚れることがなく、封止用樹脂の付着汚れに起因した製品歩留まりの低下を防止して、生産性を向上させることもできる。
このため、光エネルギーの高い短波長のレーザーが受光面に照射される場合でも、封止部９の変質が受光面３１ａへの光透過率に影響を及ぼすことがなく、光検出性能を長期に渡って安定維持することが可能になり、光ピックアップに用いるレーザーの短波長化も図り易くなる。
また、封止部９を形成するために集積回路素子３の表面に封止用樹脂を塗布するが、集積回路素子３の表面には予め受光面３１ａを除く範囲に薄膜１０が形成されており、封止用樹脂は受光面３１ａを除く範囲、即ち、薄膜上に塗布されることになる。薄膜上に塗布された封止用樹脂は、受光面３１ａを露出するために薄膜１０に形成された開口部１０ａにおける段差に到達すると、そこで作用する表面張力のために、開口部１０ａの内側、即ち受光面３１ａ側には流れない。従って、薄膜１０上に封止用樹脂を塗布する作業は、それほど正確に行わなくとも、封止用樹脂が受光面３１ａ側に流れることがなく、封止部９に受光面３１ａを露出させる開口部８を形成することが容易にできる。
また、薄膜の開口部１０ａの段差によって封止用樹脂が受光面３１ａに流れることを防止できるため、製造時に受光面３１ａが封止用樹脂の付着によって汚れることがなく、封止用樹脂の付着汚れに起因した製品歩留まりの低下を防止して、生産性を向上させることもできる。
また、窒化膜の形成にプラズマＣＶＤ法を使うことで、膜厚等のプロセス制御が容易にでき、封止部の開口部９ａの形成に適した膜厚の薄膜を、高精度に効率よく製造することができ、結果的に、光検出半導体装置の歩留まりの向上、品質向上を図ることが可能になる。
また、薄膜の開口部１０ａの段差が低すぎると、薄膜１０の上に塗布された封止用樹脂が開口部１０ａに到達した時に、開口部１０ａの段差で発生する表面張力が流れを抑止する前に、封止用樹脂が段差の下の受光面３１ａに伝い流れてしまう虞があるが、段差を１μｍ以上に設定しておけば、表面張力による流れの抑止作用が十分に発揮でき、封止用樹脂が受光面側に流れることを確実に防止でき、封止部９における開口部８を容易且つ確実に形成することができる。
また、封止部９における開口部９ａは、薄膜１０の開口部１０ａの形状に相似形となるもので、薄膜１０の開口部１０ａの形状を変えることで、任意形状にすることができるが、封止部９における開口部９ａの形成は、薄膜１０の開口部１０ａにおける段差で発生する表面張力を利用するため、表面張力が開口部全周で均等に得られるように、開口部９ａの形状を配慮することが必要で、開口部９ａを円形又は楕円形に設定することは、表面張力の均等化を図る上で好ましい。
また、接触角θは、固体と液体の界面と液滴端での接線とがなす角のことであり、固体と液体とのぬれ性を計量的に示す尺度である。薄膜１０の上に塗布した封止用樹脂が薄膜の開口部１０ａの段差に働く表面張力で開口部内に流れることを防止するには、表面張力による封止用樹脂の表面の膨らみが一定以下に抑えられるように、接触角θにより、指標を定めておく必要がある。
上記接触角θを３０°以上に設定して、その条件を満足する範囲内で、表面自由エネルギーが低い薄膜材料と表面張力が大きい封止用樹脂材料の組み合わせを選択すれば、薄膜の開口部１０ａの段差に働く表面張力で封止用樹脂が開口部内に流れることを確実に防止することができ、封止部９の製造時におけるプロセス管理を容易にすると同時に、製品歩留まりの向上を図ることが可能になる。
上記接触角θを３０°以上に設定して、その条件を満足する範囲内で、表面自由エネルギーが低い薄膜材料と表面張力が大きい封止用樹脂材料の組み合わせを選択すれば、薄膜の開口部１０ａの段差に働く表面張力で封止用樹脂が開口部内に流れることを確実に防止することができ、封止部９の製造時におけるプロセス管理を容易にすると同時に、製品歩留まりの向上を図ることが可能になる。
また、封止部９の形成に使用する封止用樹脂は、薄膜の開口部１０ａの段差で発生する表面張力により流れを規制するもので、粘度が小さい封止用樹脂を使用した場合は、表面張力が小さく、表面張力による流れの規制が十分にできないが、塗布時点での封止用樹脂の粘度を１０Ｐａ・ｓ（パスカル・秒）以上に設定しておけば、薄膜上に塗布した樹脂が硬化するまでの間に、外部から機械的衝撃が通常の範囲であれば、表面張力による液面の緊張状態（抑止状態）が壊れることがなく、封止用樹脂が受光面側に流れることを確実に防止でき、封止用樹脂の付着による受光面３１ａの汚れを確実に防止して、歩留まりの向上を図ることができる。
本発明の実施の形態に係る光検出半導体装置１５の製造方法は、受光面３１ａを有する受光素子３１を含む集積回路素子３と、この集積回路素子３を封止する封止部９とを備え、封止部９は受光面３１ａを露出させる開口部８を有する光検出半導体装置の製造方法であって、集積回路素子３の表面に、受光面３１ａを除いて、表面自由エネルギーが低い薄膜１０を形成することにより、受光面３１ａが薄膜１０の表面に対して凹となる段差ｄが形成される薄膜形成工程と、受光面３１ａを避けて表面張力が大きくかつ粘性がある封止用樹脂を塗布することにより封止部９を形成する工程とを含む。
これにより、薄膜形成工程で形成した薄膜１０の上に封止用樹脂を塗布するという簡単な処理で、受光面３１ａに封止用樹脂が付着することを防止して、受光面３１ａを露出させる開口部８を有した封止部９を安定形成することができ、光検出半導体装置１５を歩留まり良く製造することが可能になる。
これにより、薄膜形成工程で形成した薄膜１０の上に封止用樹脂を塗布するという簡単な処理で、受光面３１ａに封止用樹脂が付着することを防止して、受光面３１ａを露出させる開口部８を有した封止部９を安定形成することができ、光検出半導体装置１５を歩留まり良く製造することが可能になる。
１ ボンディングワイヤー
２ 配線パターン
３ 集積回路素子
４ チップコンデンサ
５ ボンディングパッド
６ プリント配線板
８ 開口部
９ 封止部
９ａ 開口部
１０ 薄膜
１０ａ 開口部
３１ 受光素子（受光部）
３１ａ 受光面
２ 配線パターン
３ 集積回路素子
４ チップコンデンサ
５ ボンディングパッド
６ プリント配線板
８ 開口部
９ 封止部
９ａ 開口部
１０ 薄膜
１０ａ 開口部
３１ 受光素子（受光部）
３１ａ 受光面
Claims (3)
- 受光面を有する受光素子を含む集積回路素子と、この集積回路素子を封止する封止部とを備え、前記封止部は前記受光面を露出させる円形もしくは楕円形の開口部を有する光検出半導体装置の製造方法であって、
前記集積回路素子の表面に、窒化膜あるいはポリイミド膜程度の低い表面自由エネルギーの薄膜を前記受光面を除いて形成することにより、前記受光面が前記薄膜の表面に対して凹となる段差が形成されるように、かつ前記段差が１μｍ以上となるように前記薄膜の膜厚を設定する薄膜形成工程と、
シリコーン系樹脂程度の表面張力を有しかつ硬化前に１０パスカル・秒以上の粘性をもつ封止用樹脂を前記受光面を避けて塗布することにより前記封止部を形成する工程と、を含むことを特徴とする光検出半導体装置の製造方法。 - 前記開口部において、前記封止用樹脂と前記薄膜との接触角を３０度以上に形成することを特徴とする請求項１に記載の光検出半導体装置の製造方法。
- 前記封止用樹脂は、ＳｉＯ 2 微細粒子を含むシリコーン系の樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の光検出半導体装置の製造方法。
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