JP4449420B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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本発明は例えばカラーフィルタやオンチップフィルタを半導体素子上に備えた撮像装置などに好適な半導体装置の製造方法に関する。 The present invention is for example a color filter and on-chip filter method for manufacturing a suitable semiconductor equipment to an imaging device provided on the semiconductor element.
例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサやCCD(Charge Coupled Device)撮像装置などを作製するにあたり、Siウェハのような半導体基板の表裏両面のうちの一方の面(これを表面とする)に、イメージセンサや撮像素子として必要な素子構造を形成した後、その素子構造が形成された表面とは反対側の面(これを裏面とする)から例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法などによって研削(研磨)して、その半導体基板を薄片化することが行われている。 For example, when producing a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor, a CCD (Charge Coupled Device) imaging device, etc., on one surface (this is the front surface) of the front and back surfaces of a semiconductor substrate such as a Si wafer, After forming an element structure necessary for an image sensor or an image sensor, grinding (polishing) is performed from a surface opposite to the surface on which the element structure is formed (this is a back surface) by, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. The semiconductor substrate is thinned.
このような薄片化を、例えば近年の典型的な手法であるCMP法によって行う場合、薄片化のための専用の支持基板を用意し、その支持基板に対して平行度を高精度に保ちながらウェハ状態の半導体基板を貼り合わせ、その支持基板に半導体基板を機械的に(物理的に)支持させつつ、CMPによる研削および研磨を行うことで、半導体基板の薄片化を実現するようにしている。
しかしながら、支持基板に対してウェハ状態の半導体基板の全面に亘って水平度を高精度に保ちながら、支持基板と半導体基板とを貼り合わせることは、実際には容易なことではなく、無視できない平行度の誤差が発生する虞がある。すなわち、支持基板に対する半導体基板の姿勢に極めて僅かな傾きθが生じても、その角度は半導体基板の一端と他端とではその間の距離Lに比例してLtanθで大きくなるので、そのようなごく僅かな傾きを許しただけでも、その後のCMP工程等で半導体基板の各素子の研削後の厚さに、無視できない、不良品と評価せざるを得ないようなばらつきが発生してしまうこととなる。あるいは、部分的に薄く研削し過ぎた素子ができることになる。このような不都合な事態が生じる結果、半導体装置としての製造歩留まりが低下するという問題や、装置の動作特性不良・劣化等が発生してしまうという問題があった。 However, it is not easy in practice to bond the support substrate and the semiconductor substrate while maintaining a high level of accuracy over the entire surface of the semiconductor substrate in the wafer state with respect to the support substrate, and cannot be ignored. There is a possibility that an error of degree occurs. That is, even if an extremely slight inclination θ occurs in the attitude of the semiconductor substrate with respect to the support substrate, the angle increases at Ltan θ in proportion to the distance L between one end and the other end of the semiconductor substrate. Even if a slight tilt is allowed, the thickness after grinding of each element of the semiconductor substrate in the subsequent CMP process or the like may cause a variation that cannot be ignored and must be evaluated as a defective product. Become. Alternatively, an element that is partially thinly ground excessively can be obtained. As a result of the occurrence of such an inconvenient situation, there has been a problem that a manufacturing yield as a semiconductor device is lowered, and a problem occurs in that the operation characteristics of the device are deteriorated or deteriorated.
また、1枚のSi(シリコン)ウェハのような半導体基板に作り込まれた複数の素子は、必ずしもその全てが良品であるとは限らないので、上記のような1枚の半導体基板を用いて欠陥のないイメージセンサや撮像装置を作製するためには、全ての素子に亘って良品である半導体基板のみしか使用できないので、そのような1枚の全面に亘って欠陥のない半導体基板のみを選択し、一つでも欠陥のある半導体基板は使用できないということも含めると、全体的な製造歩留まりが低いものとなってしまう傾向にある。 In addition, since a plurality of elements formed on a semiconductor substrate such as a single Si (silicon) wafer are not necessarily all non-defective products, a single semiconductor substrate as described above is used. In order to produce an image sensor and an imaging device without defects, only good semiconductor substrates can be used across all elements, so only such semiconductor substrates with no defects are selected over the entire surface. However, including that one defective semiconductor substrate cannot be used, the overall manufacturing yield tends to be low.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、半導体素子の厚さや平行度や動作特性について、誤差やばらつきが抑制された、品質の良好な半導体装置を、高い歩留まりで製造することのできる製造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and its purpose is to manufacture a high-quality semiconductor device in which errors and variations in the thickness, parallelism, and operating characteristics of a semiconductor element are suppressed with high yield. It is to provide a manufacturing how that can be.
本発明の半導体装置の製造方法は、表面にアライメントマークを有する基板の表面上に、個々のチップ状に分割された半導体素子を、透明接着剤を用いて複数個、当該半導体素子としての素子構造が作り込まれた表面を基板の表面に対して対面するように貼着する工程と、半導体素子の全個を、素子構造が作り込まれた表面とは反対側の裏面から薄片化する工程とを含み、半導体素子を貼着する工程では、透明接着剤を透過してアライメントマークを光学的に把握しながら、複数の半導体素子の基板の表面上への位置合わせを行った後、半導体素子を貼着し、半導体素子の薄片化を行った後、アライメントマークを光学的に把握しながら、半導体素子の薄片化が行われた側の面上に、光学部材を形成または付設するものである。 The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a plurality of semiconductor elements divided into individual chips on a surface of a substrate having an alignment mark on the surface , using a transparent adhesive, and an element structure as the semiconductor element a step of thinning the back surface opposite to the Chakusu Ru step bonded to face to the surface of the substrate is built surface, the total number was crafted the device structure surface of the semiconductor element In the step of attaching the semiconductor element, the semiconductor element is aligned on the substrate surface while optically grasping the alignment mark through the transparent adhesive, and then the semiconductor element After the semiconductor element is thinned, an optical member is formed or attached on the surface on which the semiconductor element has been thinned while optically grasping the alignment mark. .
本発明の半導体装置の製造方法では、個々のチップ状に分割された半導体素子は、複数個、その半導体素子としての素子構造が作り込まれた表面が基板の表面に対して対面するように貼着される。その後、半導体素子の全個は、素子構造が作り込まれた表面とは反対側の裏面から薄片化される。これにより、個々の半導体素子が、それぞれ独立して個別に、基板の表面に対して精確に貼着される。 The semiconductor equipment manufacturing method of the present invention, a semiconductor device which is divided into individual chip-like, a plurality, such that the surface of the device structure is fabricated as the semiconductor element facing to the surface of the substrate It is stuck wearing. Thereafter, all the semiconductor elements are sliced from the back surface opposite to the surface on which the element structure is formed. Thus, the individual semiconductor elements, individually independently, is accurately bonded wear to the surface of the substrate.
また、基板の表面上に半導体素子を透明接着剤によって貼着するものとし、基板にアライメントマークを設けておいて、透明接着剤を透過してアライメントマークを光学的に把握しながら、基板の表面上に半導体素子の位置合わせを行うようにしたので、より確実かつ容易に、個々の半導体素子を基板の表面上に精確に貼着することが可能となる。 In addition , the semiconductor element is attached to the surface of the substrate with a transparent adhesive, and an alignment mark is provided on the substrate, and the surface of the substrate is optically grasped through the transparent adhesive. than was to perform alignment of the semiconductor element above Ri reliably and easily good, that Do possible Chakusu Rukoto accurately bonded individual semiconductor devices on the surface of the substrate.
本発明の半導体装置の製造方法によれば、個々のチップ状に分割された半導体素子を、複数個、その半導体素子としての素子構造が作り込まれた表面が基板の表面に対して対面するように貼着し、その後、半導体素子の全個を、素子構造が作り込まれた表面とは反対側の裏面から薄片化することで、個々の半導体素子がそれぞれ独立して個別に基板の表面に対して精確に貼着されるようにしたので、半導体素子の厚さや取り付け姿勢や動作特性についての誤差やばらつきが抑制された、品質の良好な半導体装置を、高い歩留まりで簡易に製造することが可能となる。 According to the semiconductor equipment manufacturing method of the present invention, a semiconductor device which is divided into individual chip-like, multiple, surface of the device structure is fabricated as the semiconductor element facing to the surface of the substrate bonded to wear as, then, a total number of the semiconductor elements, by thinning the back surface opposite to the incorporated surface make the device structure, the substrate individually individual semiconductor elements are each independently surfaces since to be accurately bonded worn respect, manufacturing errors and variations in the thickness and the mounting posture and the operational characteristics of the semiconductor element is suppressed, a good semiconductor device quality, easily at a high yield Is possible.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施の形態に係る半導体装置の主要部の構成を表したものである。 この半導体装置は、基板1と、複数個の半導体素子2と、光学部材3とを、その主要部として備えている。
FIG. 1 shows a configuration of a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. This semiconductor device includes a
さらに詳細には、この半導体装置は、基板1の表面上に、個々のチップ状に分割された複数個の半導体素子2を、その半導体素子2としての素子構造21が作り込まれた表面が基板1の表面に対して対面するように貼着し、それら全ての半導体素子2の素子構造21が作り込まれた表面とは反対側の裏面から研削処理を施すなどして薄片化し、その薄片化してなる裏面31上にカラーフィルタのような光学部材(または光学素子)3または第2の素子もしくは配線などを設けて、その主要部が構成されている。
More specifically, in this semiconductor device, a plurality of
このような構成により、この半導体装置は、各半導体素子2の厚さや動作特性の誤差やばらつきが抑制された、品質が良好でかつ高歩留まりで製造することのできるものとなっている。また、欠陥を有する半導体素子については、あらかじめ検査して、1つの基板1に実装または貼着される全ての半導体素子2を良品のみとすることができるので、出来上がった半導体装置の不良発生率を低減してその製造コストの低廉化を達成することができるものとなっている。
With this configuration, this semiconductor device can be manufactured with good quality and high yield, in which errors and variations in the thickness and operating characteristics of each
基板1は、例えばSi基板や、セラミックス基板、ガラス基板、あるいはエポキシ基板やポリイミド基板のような樹脂製基板などが可能である。また、この基板1自体にも回路素子や配線等を作り込むようにしてもよく、あるいはそのような構造のない、単なる支持基板としてもよい。
The
複数個の半導体素子2は、そのそれぞれが、例えばその表面に素子構造21が作り込まれたSiウェハを切断し、そのうちから良品のみを選択してなる半導体チップである。これら全ての半導体素子2は、素子構造21が作り込まれた表面が基板1の表面に対して対面するように貼合樹脂によって貼着され、その反対側の面である裏面から例えば機械的研削法またはCMP法あるいはウェットエッチング法などによる研削または研磨もしくは蝕刻加工によって薄片化してなるものである。半導体素子2は、この半導体装置が例えばカラー撮像装置やカラーイメージセンサの場合には、CCDや半導体受光素子などが可能である。
Each of the plurality of
貼合樹脂5としては、例えば紫外線硬化型エポキシ樹脂接着剤のような透明性が高くてかつ確実な接着性を備えたものが望ましい。この貼合樹脂5を透明性の高いものとすることで、基板1の表面に設けられたアライメントマーク4の光学的な把握が可能となり、延いてはそのアライメントマーク4を用いた個々の半導体素子2の基板1に対する精確なアライメントを、確実かつ簡易なものとすることができるからである。また、光学部材3等のアライメントについても同様に確実かつ簡易なものとすることができるからである。
As the
但しここで、このような貼合樹脂5を用いた基板1と半導体素子2との貼着のみには限定されず、この他にも、例えばボールボンディング法などのようなフリップチップ的な実装法によって、基板1上に半導体素子2を表面実装することなども可能である。
However, here, it is not limited only to the bonding between the
光学部材3は、この半導体装置が例えばカラー撮像装置やカラーイメージセンサの場合には、カラーフィルタまたはダイクロイックフィルタもしくはオンチップレンズなどが可能である。
The
あるいは、半導体素子2の裏面31上に付設可能なものとしては、光学部材3の他にも、例えば図2および図3に示したように、半導体素子2とは別の第2の素子6として受動素子や能動素子、あるいは配線または配線構造のみを備えた配線専用チップ(いずれも図示省略)などを、一つの半導体素子2当りに単数個または複数個設けることなども可能である。なお、図3は図2に示したAの部分を拡大した図である。
Alternatively, as an element that can be attached on the
なお、半導体素子2の裏面31上に付設される第2の素子6や光学部材3についても、その裏面を研削加工によって薄片化したり研磨加工によって平滑化することなども可能である。
Note that the
次に、この半導体装置の製造方法について説明する。図4ないし図8は、その製造プロセスの主要な流れを表したものである。 Next, a method for manufacturing this semiconductor device will be described. 4 to 8 show the main flow of the manufacturing process.
まず、図4に示したような、各チップごとを位置合わせするためのアライメントマーク4が表面に設けられた基板1を用意する。
First, as shown in FIG. 4, a
そしてその基板1の表面上に、図5に示したように、アライメントマーク4を用いて、位置合わせを行うと共に基板1の表面に対する半導体素子2の表面の平行度を所定の精度内に収まるように制御しながら、図6に示したように、各半導体素子2を実装または貼着する(本実施の形態では、貼合樹脂5を用いて貼着するものとしたことは、既述の通りである)。
Then, as shown in FIG. 5, alignment is performed on the surface of the
このとき、基板1の全体的な面積は大きくても、個々の半導体素子2の一つ一つの表面の面積は小さく、また個々の半導体素子2ごとに独立してアライメント制御を行うことができるので、その小さい面積の個々の半導体素子2ごとに、平行度も位置も共に精確なアライメントを、簡易に行うことが可能となる。
At this time, even if the overall area of the
続いて、実装または貼着された全ての半導体素子2を、その裏面から、例えば機械的研削法またはCMP法あるいはウェットエッチング法などによる研削または研磨もしくは蝕刻加工によって、図7に示したように薄片化する。
Subsequently, all the
このとき、個々の半導体素子2は、図5,図6で示した工程で既に精確な平行度で正確な高さに揃えて実装または貼着された状態になっているので、それら全ての半導体素子2について均一な厚さおよび平滑度に研削または研磨することが可能な前提条件が整っていることになる。これにより、半導体素子2の厚さや平行度や動作特性についての誤差やばらつきを抑制ないし解消した品質の良好な半導体装置を、高い歩留まりで簡易に製造することが可能となる。
At this time, the
このようにして薄片化された各半導体素子2の裏面31に、例えば図8に示したように第2の素子6を実装する。あるいは第2の素子6の代りにカラーフィルタやオンチップレンズのような光学部材3、または配線基板1などを、貼着または実装する。
For example, as shown in FIG. 8, the
このときの第2の素子6や光学部材3の基板1に対するアライメントについても、基板1に設けられたアライメントマーク4を用いて、精確かつ簡易に行うことができる。すなわち、アライメントマーク4は、基板1の表面に配列されている各半導体素子2どうしの間(各半導体素子2の実装の間隙部分)に設けられており、しかもそのアライメントマーク4は個々の半導体素子2の実装または貼着では邪魔されることがなく(本来、半導体素子2のアライメント用に設けているのであるから半導体素子2によってアライメントマーク4が覆われることはない筈であり)、かつ貼合樹脂5を透明のものとしているので、個々の半導体素子2が実装または貼着された後に、その個々の半導体素子2の裏面31に対して第2の素子6等を実装または貼着する際のアライメント工程でも、アライメントマーク4を光学的に利用することが可能になる。
The alignment of the
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置およびその製造方法によれば、半導体素子2の厚さや取り付け姿勢や動作特性についての誤差やばらつきが抑制された、品質の良好な半導体装置を、簡易な製造プロセスによって、高い歩留まりで実現することができる。なお、図示は省略したが、上記のようにして半導体素子2を実装または貼り合わせた後に、基板1を切断するなどして個々の半導体素子を分離し、それぞれの半導体素子2が個々に独立した半導体装置となるようにしてもよいことは言うまでもない。
As described above, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, a semiconductor device with good quality in which errors and variations in the thickness, mounting orientation, and operation characteristics of the
図9〜図13は、比較例として、従来から行われている一般的なCMP法等によって半導体基板901を薄板化してなる半導体装置の主要な製造工程の流れを表したものである。
9 to 13 show a flow of main manufacturing steps of a semiconductor device in which a
まず、図9に示したような一般的なSi基板のような半導体基板901に、例えばCCDまたは撮像素子などのような素子構造921を作り込む。
First, an
続いて、図10に示したように、その半導体基板901の素子構造921が作り込まれた表面を基板1の表面に対面するように配置し、図11に示したように、接着剤905によって貼り合わせる。
Subsequently, as shown in FIG. 10, the surface of the
そして基板1に半導体基板901を貼り合わせた状態で、例えばCMP法によって、図12に示したように半導体基板901をその裏面側から薄板化する。
Then, in a state where the
その薄板化された半導体基板901の裏面931に、例えば図13に示したように第2の素子6、または光学部材3もしくは配線などを、実装または貼着もしくは付設する。
On the rear surface 931 of the thinned
このような比較例の半導体装置およびその製造方法では、基板1と半導体基板901との平行度が所定の精度となるように、両者の相対的な姿勢を制御しながら貼り合わせを行うことが要求されるが、基板1も半導体基板901もほぼ同じような大きな面積(個々の半導体素子と比較すると明らかにかなり大きな面積)であるため、そのような大きな面積に亘って良好な平行度を保つようにすることは容易ではなく、基板1と半導体基板901との平行度や、基板1の表面からの半導体基板901の裏面31の高さなどに、無視できない有意な誤差が発生しやすい傾向にある。
In the semiconductor device of this comparative example and the manufacturing method thereof, it is required to perform bonding while controlling the relative posture between the
従ってまた、貼り合わせ工程の後に行われる薄板化の工程で、半導体基板901の全面中には、部分的に削り過ぎて薄くなり過ぎた部分や厚過ぎる部分などが発生したり、甚だしくは薄く削られ過ぎて素子構造921までが部分的に削れてしまい、素子欠陥等が発生する虞などもある。
Therefore, in the thinning process performed after the bonding process, a part of the entire surface of the
また、1枚の半導体基板901の中に、あらかじめ実質的に欠陥を有する素子が存在していると、それだけを1枚の半導体基板901から取り外すことができないので、その1枚の半導体基板901全部が使用できなくなってしまい、極めて無駄が多く、製造コストの高額化の要因となるといった不都合もある。
Further, if an element having a substantial defect is present in advance in one
また、第2の素子6または光学部材3等を半導体基板901の裏面931に実測または着設する際に、半導体基板901の裏面931にはアライメントマーク4が無いので(あるいは薄板化する前の半導体基板の裏面にアライメントマークが設けられていたとしても、その裏面から薄板化することで研削されて無くなってしまうので)、研削等によって薄板化してなる裏面931に、別段に新たなアライメントマークを新設するか、あるいはアライメントマーク無しで他の煩雑な方法によってアライメントを行わねばならず、その工程が煩雑なものとなる。
Further, when the
しかし、本実施の形態に係る半導体装置およびその製造方法によれば、個々の半導体素子2を各々独立して基板1上に貼着または実装してから薄片化しているので、上記の比較例のような不都合の全てを解消または回避して、半導体素子2の厚さや取り付け姿勢や動作特性についての誤差やばらつきを抑制して、品質の良好な半導体装置を簡易な製造プロセスによって高い歩留まりで実現することが可能となる。
However, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present embodiment, since each
本発明の半導体装置およびその製造方法は、例えばカラーフィルタやオンチップフィルタあるいは第2の素子6(受動素子など)等を個々の半導体素子2上に備えた半導体撮像装置や半導体装置などに適用可能である。
The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention can be applied to, for example, a semiconductor imaging device or a semiconductor device provided with an
1…基板、2…半導体素子、3…光学部材、4…アライメントマーク、5…貼合樹脂、6…第2の素子、21…素子構造、31…半導体素子の裏面
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記半導体素子の全個を、前記素子構造が作り込まれた表面とは反対側の裏面から薄片化する工程とを含み、
前記半導体素子を貼着する工程では、前記透明接着剤を透過して前記アライメントマークを光学的に把握しながら、前記複数の半導体素子の前記基板の表面上への位置合わせを行った後、前記半導体素子を貼着し、
前記半導体素子の薄片化を行った後、前記アライメントマークを光学的に把握しながら、前記半導体素子の薄片化が行われた側の面上に、光学部材を形成または付設する
半導体装置の製造方法。 On the surface of the substrate having an alignment mark on the surface , a plurality of semiconductor elements divided into individual chips are formed using a transparent adhesive, and the surface on which the element structure as the semiconductor element is formed is the surface of the substrate. and Chakusu Ru step bonded to face to the surface,
A step of slicing all of the semiconductor elements from the back surface opposite to the surface on which the device structure is formed ,
In the step of attaching the semiconductor element, while performing alignment on the surface of the substrate of the plurality of semiconductor elements while optically grasping the alignment mark through the transparent adhesive, Paste the semiconductor element,
After the semiconductor element is thinned, an optical member is formed or attached on the surface on which the semiconductor element is thinned while optically grasping the alignment mark.
Method of manufacturing a semi-conductor device.
請求項1記載の半導体装置の製造方法。A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 The thinning is performed using at least one of a mechanical grinding method, a CMP method, and an etching method.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 .
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 A color filter is formed or attached as the optical member.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 .
請求項1記載の半導体装置の製造方法。 An on-chip lens is formed or attached as the optical member.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1 .
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