JP4468427B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は半導体装置の製造方法に関する。
半導体集積回路技術を用いたCCDやCMOSイメージセンサ等の半導体装置は、デジタルカメラやカメラ機能付き携帯電話に広く利用されている。このような半導体装置においては搭載部品の小型・軽量に対応するために、センサチップ(半導体素子)をCSP(Chip Size Package)化することが提案されている。FBAR(Film Bulk Acoustic Resonator)やMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等においても、センサチップ(半導体素子)をCSP化することが提案されている。
センサチップ等の半導体素子をCSP化するにあたって、半導体素子(半導体基板)には表裏両面間を繋ぐ貫通孔が設けられ、この貫通孔内に形成された導体層(貫通配線層)によって、半導体基板の表面に設けられた集積回路と裏面に設けられた外部接続端子とを電気的に接続している。さらに、半導体基板の表面に設けられたセンサ部の埃やゴミからの保護、またセンサ部に対する外界の影響の排除等のために、センサ部を含む領域を覆う保護部材が配置される(特許文献1,2参照)。保護部材はセンサ部が形成された半導体基板上に所定の間隙を設けて平行に配置される。
センサ部が受光部である場合には、保護部材としてガラス基板等の光透過性保護部材が用いられる。また、受光部以外のセンサ部を適用する場合においても、半導体基板の位置検出等の観点から、保護部材にはガラス基板等の光透過性部材が用いられている。ガラス基板等の光透過性保護部材は、半導体基板を機械的に補強する支持基板の役割も果たす。そこで、ウェハ状の半導体基板にガラス基板を支持基板として貼り合せた状態で、半導体基板の薄厚化工程を実施している(特許文献2参照)。
半導体基板に貫通配線層を形成する場合には、支持基板に貼り合わされた半導体基板に貫通孔を形成し、貫通孔の内壁面や半導体基板の裏面を絶縁膜で覆った後、貫通孔の内部から半導体基板の裏面に亘って導体層(貫通配線層)を形成する。これら一連の工程はウェハ状の半導体基板に対して実施される。従って、ウェハ工程が終了した後、半導体基板をガラス基板と共に切断してセンサチップ(半導体装置)を個片化する。また、ガラス基板を支持基板のみとして使用した場合には、ガラス基板を半導体基板から剥離した後、半導体基板を切断して半導体チップを個片化する。
ところで、半導体ウェハの位置検出に関しては、切り欠き部(ノッチ等)を形成した半導体ウェハの外周に光を照射し、切り欠き部を透過した光を検知することによって、半導体ウェハの位置情報を検出することが行われている。支持基板にガラス基板等の光透過性部材を適用した場合、半導体基板を支持基板に貼り合せた状態であっても、当初はノッチ等の切り欠き部を利用した半導体ウェハの位置検出を適用することができる。
しかしながら、支持基板は半導体基板を覆うように貼り付けられるため、半導体基板への絶縁膜の形成工程や導体層の形成工程等の成膜工程を実施すると、切り欠き部の下側に存在する支持基板にも膜が被着してしまう。この支持基板に被着した膜が光の透過を遮ることになるため、従来の光による切り欠き部の検出、ひいては半導体基板の位置検出を実施することができないという問題が生じる。カメラ等の光学系による画像処理を適用して半導体基板の周縁部や切り欠き部を検出することも行われているが、画像処理システムは高価であり、装置コストや半導体装置の製造コストの増大が避けられない。
特開平10−281807号公報 国際公開第2005/022631号パンフレット
本発明の目的は、支持基板を貼り合せた半導体基板の位置検出を容易化することによって、製造工程の効率化や製造コストの低減等を実現した半導体装置の製造方法を提供することにある。
本発明の態様に係る半導体装置の製造方法は、第1の切り欠き部を有する半導体基板と第2の切り欠き部を有する支持基板とを、前記第1の切り欠き部と前記第2の切り欠き部とが重なるように貼り合せる工程と、前記支持基板が貼り合わされた前記半導体基板の前記支持基板と対向する面とは反対側の面を加工し、前記半導体基板の厚さを減少させる工程とを具備することを特徴としている。
本発明の態様に係る半導体装置の製造方法では、半導体基板に設けられた第1の切り欠き部と支持基板に設けられた第2の切り欠き部と重ね合せているため、半導体基板に支持基板を貼り合せた状態で半導体基板の位置検出を容易に実施することができる。従って、半導体装置の製造効率の向上や製造コストの低減等を実現することが可能になる。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。図1ないし図6は本発明の第1の実施形態による半導体装置の製造工程を示している。ここではフォトダイオード等の受光素子を有する受光部(例えばCCD型撮像素子やCMOS型撮像素子等)を備える半導体装置の製造工程について説明する。まず、図1に示すように、半導体基板1と支持基板2を用意する。半導体基板1は半導体ウェハとして供給される。支持基板2も同様なウェハ形状の基板として供給される。
半導体基板1にはシリコン(Si)基板等が用いられる。半導体基板1の第1の主面1aには受光部3を有する能動素子領域が設けられている。受光部3はフォトダイオード等の受光素子を有しており、第1の主面1aに照射される光や電子等のエネルギー線を受光してフォトダイオード等に収集するものである。さらに、半導体基板1の第1の主面1aには、能動素子領域内の受光部3やそれ以外の素子、配線等と電気的に接続された第1の配線層4が設けられている。受光部3や第1の配線層4は半導体基板(半導体ウェハ)1の各装置形成領域に形成されている。これら装置形成領域はCCDイメージセンサやCMOSイメージセンサ等のイメージセンサを構成するものである。
支持基板2にはガラス基板等の光透過性部材が適用される。この実施形態における支持基板2は、半導体基板1の第1の主面1aに設けられた受光部3の光透過性保護部材としても用いられるものであり、例えばホウ珪酸ガラス、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス等からなるガラス基板が使用される。このような支持基板(光透過性保護部材)2として、半導体基板(半導体ウェハ)1とほぼ同サイズ、もしくは若干大きいサイズのガラス基板等を用意し、これを半導体基板1の受光部3等を有する第1の主面1a上に配置する。
そして、半導体基板1の第1の主面1aの受光部3を除く外周領域に設けられた接着剤層5を用いて、図2に示すように半導体基板1と支持基板2とを貼り合せる。接着剤層5には感光性や非感光性のエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等からなる接着剤が用いられる。接着剤層5は真空中でのラミネートやロールコート等を適用して形成される。半導体基板1と支持基板2とは接着剤層5を介して熱プレス(真空熱プレス等)して貼り合せる。半導体基板1と支持基板2との間には接着剤層5の形成位置や厚さに基づいて間隙(キャビティ)6が形成される。キャビティ6を形成する場合、接着剤層5とは別にダムを形成し、その上に接着剤層5を形成してもよい。
半導体基板(半導体ウェハ)1とウェハ状ガラス基板等の支持基板2とを貼り合せるにあたって、これらには図7および図8に示すように、予め位置決め用の切り欠き部7、8が設けられている。すなわち、半導体基板(半導体ウェハ)1の外周部には第1の切り欠き部7が設けられており、またウェハ状の支持基板2の外周部には第2の切り欠き部8が設けられている。第1の切り欠き部7は位置決め用のノッチであり、微小な楔状の切り欠き形状を有している。第2の切り欠き部8は図8に示すように、第1の切り欠き部7より大きい切り欠き形状を有している。そして、これら第1の切り欠き部7と第2の切り欠き部8とが重なるように、半導体基板1と支持基板2とを貼り合せる。
第2の切り欠き部8は第1の切り欠き部7より大きい切り欠き形状を有しているため、第1の切り欠き部7と第2の切り欠き部8とを重ね合せた際に、第2の切り欠き部8は第1の切り欠き部7の外側に位置することになる。従って、半導体基板1の外周部に設けられた第1の切り欠き部7は支持基板2に遮られることなく、その形状を直接切り欠き形状として機能させることができる。言い換えると、半導体基板1と支持基板2とを貼り合せた状態において、半導体基板1の切り欠き部7を直接光により検知することが可能となる。これによって、半導体基板1の位置検出精度を高めることができるだけでなく、成膜工程後においても半導体基板1の位置検出を実施することが可能となる。
第2の切り欠き部8の大きさは第1の切り欠き部7と同サイズであってもよい。ただし、この場合には第1の切り欠き部7と第2の切り欠き部8とを重ね合せた際に、半導体基板1と支持基板2との貼り合せ精度によっては第1の切り欠き部7の一部が支持基板2で遮られるおそれがある。このため、第2の切り欠き部8は第1の切り欠き部7より大きい切り欠き形状を有することが好ましい。貼り合せ精度にもよるが、第2の切り欠き部8は第1の切り欠き部7より0.3mm以上後退するような形状を有することが好ましい。このような第1および第2の切り欠き部7によれば、支持基板2に光を透過しない部材を適用した場合にも半導体基板1の位置検出を行うことができる。
次に、第1の切り欠き部7と第2の切り欠き部8とを重ね合せて支持基板2を貼り合せた半導体基板1に対して、図3に示すように薄厚化工程を実施する。すなわち、半導体基板1の支持基板2と対向する第1の主面1aとは反対側の第2の主面1bを、機械研削、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)、ウェットエッチング、ドライエッチング等により加工し、半導体基板1の厚さを所定の厚さまで減少させて薄厚化する。半導体基板1の最終的な厚さは適用する装置に応じて適宜に設定されるものであるが、例えば50〜150μm程度の厚さとする。
次いで、図4に示すように、半導体基板1の第2の主面1b側から第1の主面1aに向けて貫通孔9を形成し、貫通孔9内に第1の配線層4を露出させる。貫通孔9は半導体基板1の第2の主面1b側に配置された所定パターンのマスク(図示せず)を用いて、半導体基板1をプラズマエッチング法等でエッチングすることにより形成される。貫通孔9はレーザエッチング法で形成してもよい。この場合にはマスクは不要である。
続いて、図5に示すように、貫通孔9内から半導体基板1の第2の主面1bに亘って第2の配線層10を形成する。第2の配線層10は貫通配線層を構成するものである。ここでは図示を省略したが、貫通孔9内や第2の主面1bには予め絶縁膜(図示せず)が形成されている。貫通孔9内の絶縁膜に開口を形成し、第1の配線層4と第2の配線層10とを接続する。第2の配線層(貫通配線層)10には、高抵抗金属材料(Ti、TiN、TiW、Ni、Cr、TaN、CoWP等)や低抵抗金属材料(Al、Al−Cu、Al−Si−Cu、Cu、Au、Ag、半田材等)が用いられる。これらは単層構造または複数の材料層を積層した多層構造で配線層を構成する。
第2の配線層10は所定パターンのマスク(図示せず)を用いて、スパッタ法、CVD法、蒸着法、めっき法、印刷法等により導電膜を被着させることにより形成する。あるいは、貫通孔9内を充填しつつ、半導体基板1の第2の主面1b全面に導電膜を形成する。この導電膜を所定パターンのマスクを用いてエッチングすることによって、第2の配線層10を形成する。半導体基板1と第2の配線層10との間に配置される絶縁膜も同様にして形成される。なお、本発明における成膜工程は絶縁膜および導電膜から選ばれる少なくとも1種を半導体基板1の第2の主面1bに形成する工程を含むものである。
このような成膜工程時、もしくは成膜工程後においても、半導体基板1の外周部に設けられた第1の切り欠き部7は支持基板2に被着した膜で遮られることがないため、その位置を直接光により検出することができる。第1の切り欠き部7を用いた半導体基板1の位置検出は、例えば以下のようにして行われる。まず、半導体基板1の外周部に光源から光を照射し、第1の切り欠き部7を通過した光を受光センサにより検出する。この結果に基づいて半導体基板1の位置検出を行った後、半導体基板1上の位置決めマークにより位置合わせを行う。このような半導体基板1の位置検出において、半導体基板1の外周部に設けられた第1の切り欠き部7は成膜後においても有効に利用することができる。
この後、図6に示すように、半導体基板1の第2の主面1bを覆うように保護層11を設け、さらに保護層11に端子形成用の開口を形成した後、この開口に第2の配線層10と接続する外部接続端子12を形成する。保護層11はポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、あるいはソルダーレジスト材等で形成され、外部接続端子12は例えば半田材で形成される。保護層11に対する開口の形成工程や外部接続端子12の形成工程は、第1の切り欠き部7を用いた半導体基板1の位置検出結果に基づいて実施される。これら一連の工程(ウェハ工程)が終了した後に、半導体基板1を支持基板2と共にブレードで切断することによって、個片化された半導体装置13が作製される。
第1の実施形態による半導体装置13の製造工程においては、半導体基板1に支持基板2を貼り合せた状態においても、半導体基板1の切り欠き部7の位置を直接光により検出することができるため、半導体基板1の位置検出精度を高めることが可能となる。さらに、半導体基板1の切り欠き部7の位置は成膜後においても検出可能であるため、成膜工程やエッチング工程等を含む一連のウェハ工程を効率よく実施することができる。従って、半導体装置13の製造効率の向上や製造コストの低減等を図ることが可能となる。
図9および図10は第1の実施形態による半導体装置の製造工程の変形例を示している。これらの図に示すように、半導体基板(半導体ウェハ)1の外周部には第1の切り欠き部14が設けられており、またウェハ状の支持基板2の外周部には第2の切り欠き部15が設けられている。第2の切り欠き部15は第1の切り欠き部14より小さい切り欠き形状を有している。そして、これら第1の切り欠き部14と第2の切り欠き部15とが重なるように、半導体基板1と支持基板2とを貼り合せる。
この例では第2の切り欠き部15が第1の切り欠き部14より小さいため、第1の切り欠き部14と第2の切り欠き部15とを重ね合せた際に、第2の切り欠き部15は第1の切り欠き部14の内側に位置することになる。このような切り欠き部14、15の重ね合せ形状であっても、例えばピンによる機械的な位置検出を適用することで、切り欠き部14、15の位置(実体的には第2の切り欠き部15の位置)を検出することができる。この切り欠き部14、15の位置は、前述した例と同様に成膜後においても検出することができる。従って、半導体基板1の位置検出を効率的に実施することが可能となる。
なお、上述した実施形態では能動素子領域に受光部3を設けた半導体基板1と支持基板(光透過性保護部材)2とを貼り合せる場合について説明したが、半導体基板1はこれに限られるものではない。例えば、半導体基板の第1の主面に圧電体膜で構成したFBARフィルタ、MEMS等を形成する場合にも、その上方を間隙(キャビティ)を介して保護部材で覆う必要がある。このような素子部を有する半導体基板と支持基板(保護部材)との貼り合せに対しても、上述した実施形態の製造工程は有効である。この場合も半導体基板を支持基板(保護部材)と共に切断して個片化することによって、FBARフィルタやMEMS等として用いられる半導体装置が作製される。
次に、本発明の第2の実施形態による半導体装置について、図11ないし図14を参照して説明する。まず、図11に示すように、半導体基板21と支持基板22とを用意する。半導体基板21は半導体ウェハとして供給される。支持基板22も同様なウェハ形状の基板として供給される。半導体基板21にはシリコン(Si)基板等が用いられる。半導体基板21の第1の主面21aには、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、配線、電極等を含む素子部23を有する能動素子領域が設けられている。半導体回路を含む素子部23は目的とする半導体装置に応じて適宜に選択される。
支持基板22はガラス基板等の光透過性部材で構成してもよいし、また光を実質的に透過しない部材(半導体基板等)で構成してもよい。第2の実施形態においては、支持基板22にホウ珪酸ガラス、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス等からなるガラス基板を適用している。このような支持基板22として、半導体基板(半導体ウェハ)21とほぼ同サイズ、もしくは若干大きいサイズのガラス基板を用意し、これを半導体基板21の素子部23を有する第1の主面21a上に配置する。
そして、半導体基板21の第1の主面21a上に設けられた接着剤層24を用いて、図12に示すように半導体基板21と支持基板22とを貼り合せる。接着剤層24には感光性や非感光性のエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂等からなる接着剤が用いられる。この実施形態では半導体基板21の加工後に支持基板22を剥離するため、接着剤層24には光の照射等で剥離するものを適用することが好ましい。この点からも、支持基板22はガラス基板等の光透過性部材で構成することが好ましい。
半導体基板(半導体ウェハ)21とウェハ状ガラス基板等の支持基板22とを貼り合せるにあたっては、図7および図8に示した切り欠き部7、8、もしくは図9および図10に示した切り欠き部13、14を、半導体基板21と支持基板22に適用する。各切り欠き部の具体的な形状や機能等は、前述した第1の実施形態と同様である。そして、第1の切り欠き部(7,13)と第2の切り欠き部(8,14)とが重なるように、半導体基板21と支持基板22とを貼り合せる。
次に、支持基板22を貼り合せた半導体基板21に対して、図13に示すように薄厚化工程を実施する。すなわち、半導体基板21の支持基板22と対向する第1の主面21aとは反対側の第2の主面21bを、機械研削、化学機械研磨(CMP)、ウェットエッチング、ドライエッチング等により加工し、半導体基板21の厚さを所定の厚さまで薄くする。半導体基板21の最終的な厚さは適用する装置に応じて適宜に設定される。
これら一連の工程(ウェハ工程)が終了した後、図14に示すように、半導体基板21から支持基板22を剥離する。支持基板22の剥離工程は、使用した接着剤層24に応じて実施される。ただし、半導体基板21には既に素子部23が形成されているため、加熱工程のような熱を利用した工程より光等を用いた剥離工程を適用することが好ましい。そして、支持基板22を剥離した半導体基板1を、それ単体としてブレードで切断することによって、個片化された半導体装置25が作製される。
第2の実施形態による半導体装置25の製造方法においては、半導体基板21に支持基板22を貼り合せた状態においても、半導体基板21の切り欠き部の位置を正確に検出することができるため、半導体基板21の位置検出精度を高めることが可能となる。従って、半導体装置25の製造効率の向上や製造コストの低減等を図ることができる。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、半導体基板と支持基板とを貼り合せた状態で半導体基板の薄厚化工程や成膜工程等を実施する各種半導体装置の製造工程に適用することができる。そのような半導体装置の製造方法も本発明に含まれるものである。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
本発明の第1の実施形態の半導体装置の製造工程における半導体基板と支持基板の準備段階を示す断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造工程における半導体基板と支持基板との貼り合せ段階を示す断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造工程における半導体基板の加工段階を示す断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造工程における貫通孔の形成段階を示す断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造工程における成膜段階を示す断面図である。 第1の実施形態の半導体装置の製造工程における保護層および外部接続端子の形成段階並びに半導体基板および支持基板の切断段階を示す断面図である。 第1および第2の切り欠き部を利用した半導体基板と支持基板との貼り合せ状態を示す平面図である。 図7の一部を拡大して示す平面図である。 他の第1および第2の切り欠き部を利用した半導体基板と支持基板との貼り合せ状態を示す平面図である。 図9の一部を拡大して示す平面図である。 本発明の第2の実施形態の半導体装置の製造工程における半導体基板と支持基板の準備段階を示す断面図である。 第2の実施形態の半導体装置の製造工程における半導体基板と支持基板との貼り合せ段階を示す断面図である。 第2の実施形態の半導体装置の製造工程における半導体基板の加工段階を示す断面図である。 第2の実施形態の半導体装置の製造工程における半導体基板の切断段階を示す断面図である。
符号の説明
1,21…半導体基板、1a,21a…第1の主面、1b,21b…第2の主面、2,22…支持基板、3…受光部、4…第1の配線層、5,24…接着剤層、6…間隙、7,14…第1の切り欠き部、8,15…第2の切り欠き部、9…貫通孔、10…第2の配線層(貫通配線層)、11…保護層、12…外部接続端子、13…半導体装置、23…素子部、25…半導体装置。

Claims (3)

  1. 受光部と第1の切り欠き部を有する半導体基板と,前記第1の切り欠き部より大きい第2の切り欠き部を有する透光性の支持基板とを、前記第1の切り欠き部と前記第2の切り欠き部とが重なり,かつ前記第2の切り欠き部が前記第1の切り欠き部の外側に位置するように貼り合せる工程と、
    前記支持基板が貼り合わされた前記半導体基板の前記支持基板と対向する面とは反対側の面を加工し、前記半導体基板の厚さを減少させる工程と
    前記半導体基板の加工面に成膜する工程と,
    を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記半導体基板を前記支持基板と共に切断する工程を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1または請求項2記載の半導体装置の製造方法において、
    前記支持基板を前記半導体基板から剥離する工程と、前記半導体基板を単体として切断する工程とを具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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