JP4619553B2

JP4619553B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP4619553B2
Application number: JP2001022142A
Authority: JP
Inventors: 宏也小林; 雅治村松
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2001-01-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2021-01-30
Also published as: JP2002231913A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に係り、特に裏面照射型の半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体装置として、例えば特開平６−４５５７４号公報に開示されたようなものが知られている。この半導体装置は、窓材を有するパッケージ内に配置される平板状の半導体基板（半導体受光素子）を有しており、この半導体基板の一面に電荷読み出し部（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）が形成され、このＣＣＤと反対側の半導体基板を厚さ１０〜４０μｍ程度まで削ることで薄型化し、ＣＣＤが形成された側と反対側（裏面）からエネルギー線（光、電子線等）を入射して撮像を行うものである。
【０００３】
通常、半導体基板はシリコン（Ｓｉ）からなり、エッチング技術を用いることにより薄型化される。薄型化する際には、薄型化された薄型部分を保持するための枠部としてＳｉ基板の一部（たとえば、周縁部）を残す必要がある。このため、薄型化工程であるエッチング工程において、Ｓｉ結晶方位により薄型部分と枠部との間に傾斜したベベル部分が形成されることになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らの調査研究の結果、以下のような事実を新たに見出した。半導体装置に照射されるエネルギー線は、窓材を介して半導体基板の薄型部分だけでなく上述したベベル部分にも入射する。ベベル部分のエネルギー線入射側の面が鏡面として機能することから、ベベル部分に入射したエネルギー線は反射され、窓材や外部光学系等により更に反射され、二次エネルギー線として再び薄型部分の光検出面に入射してしまう。このように、ベベル部分で反射したエネルギー線が二次エネルギー線として薄型部分に入射することにより、ＣＣＤからの出力にゴーストが発生することが判明した。
【０００５】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、ベベル部分でのエネルギー線の反射を防止して、半導体基板からの出力にゴーストが発生するのを抑制することが可能な半導体装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板の一方面側で半導体基板の一部が削られることにより、薄型化された薄型部分が半導体基板に設けられ、半導体基板の一方面側からエネルギー線が入射される半導体装置であって、薄型部分の外周において薄型部分に対して傾斜して形成されたベベル部分に対して、エネルギー線が入射するのを防ぐエネルギー線入射防止手段を有していることを特徴としている。
【０００７】
本発明に係る半導体装置では、エネルギー線入射防止手段を有しているので、ベベル部分に対するエネルギー線の入射そのものが妨げられることになり、ベベル部分にてエネルギー線が反射するのを防止することができる。この結果、エネルギー線がベベル部分で反射され、更に窓材や外部光学系等により反射されて、二次エネルギー線として再び薄型部分に入射するようなことはなく、この二次エネルギー線に起因したゴーストがＣＣＤからの出力に発生するのを抑制することができる。
【０００８】
また、エネルギー線入射防止手段は、ベベル部分のエネルギー線入射方向前方を遮蔽するように半導体基板に対して配設される遮蔽部材であり、遮蔽部材には、薄型部分に対向する位置に貫通孔が形成されていることが好ましい。このように構成した場合、遮蔽部材によりベベル部分へのエネルギー線の入射が妨げられるので、ベベル部分へのエネルギー線の入射を防止し得る構成を簡易且つ低コストで実現することができる。なお、遮蔽部材には薄型部分に対向する位置に貫通孔が形成されているので、この貫通孔を通ってエネルギー線が薄型部分に入射することになる。これにより、遮蔽部材により薄型部分へのエネルギー線の入射が妨げることはない。
【０００９】
また、貫通孔を形成する遮蔽部材の縁部は、ベベル部分の薄型部分側の端部よりも薄型部分側に突出しており、貫通孔は、遮蔽部材におけるベベル部分のエネルギー線入射方向前方に位置する部分よりも内側に形成されていることが好ましい。このように構成した場合、ベベル部分にエネルギー線が入射するのを確実に防止することができる。
【００１０】
また、遮蔽部材は、シリコン基板にて構成されていることが好ましい。このように、遮蔽部材がシリコン基板にて構成されることにより、既存の半導体製造技術を用いて高精度な遮蔽部材の加工を行うことができる。
【００１１】
また、半導体基板よりも所定の温度域における熱膨張係数が大きい材料からなり、半導体基板の一方面側が固定される固定部材と、エネルギー線を透過する窓部が設けられ、その内側に半導体基板が配置される収納容器と、を更に有し、収納容器と固定部材の外周と半導体基板の他方面側とで画成される領域に、所定の温度域にて硬化する樹脂が充填されており、固定部材には、遮蔽部材を保持するための凹部が形成されていることが好ましい。このように構成した場合、充填される樹脂の硬化温度における半導体基板と固定部材との熱膨張係数の違いを利用して薄型部分の撓みを伸ばし得る構成を採用した場合においても、遮蔽部材を所望の位置に確実に配設することができる。このとき、遮蔽部材は固定部材の凹部に保持されるので、固定部材の膨張により発生する応力を直接半導体基板に伝えることが可能となり、薄型部分の撓みをなくすことができる。また、遮蔽部材と固定部材との接触面積が少なくなることから、固定部材から遮蔽部材に作用する応力が小さくなり、遮蔽部材が破損（クラックの発生）するのを抑制することができる。
【００１２】
また、固定部材は、遮蔽部材の全周を取り囲んでいることが好ましい。このように構成した場合、固定部材が遮蔽部材の全周を取り囲んでいるので、遮蔽部材にクラックが発生した場合においても、充填される樹脂が薄型部分のエネルギー線入射側に流れ出るのを防ぐことができる。この結果、製品の歩留まりを向上することができる。
【００１３】
また、エネルギー線入射防止手段は、エネルギー線を遮蔽する材料からなり、ベベル部分のエネルギー線入射側に形成される遮蔽層であることが好ましい。このように構成した場合、遮蔽層によりベベル部分へのエネルギー線の入射が妨げられるので、ベベル部分へのエネルギー線の入射を確実に防止し得る構成を簡易且つ低コストで実現することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明による半導体装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１５】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体装置の概略断面図であり、図２は、同じく第１実施形態に係る半導体装置の平面図である。
【００１６】
半導体装置１は収容容器（パッケージ）としてのセラミック製の基板２を有し、この基板２の中央部には、基板２の所定方向に伸びる中空部３が形成されている。基板２には、半導体基板としての裏面照射型のＣＣＤチップ４を載置するための載置部２ａが中空部３に突出した状態で設けられている。ＣＣＤチップ４は、裏面（一方面）側がエネルギー線入射面となるように、固定部材としてのスペーサ５を介して載置部２ａに載置され、この載置部２ａ（基板２）に対して固定される。
【００１７】
ところで、ＣＣＤチップ４は、厚さ約３００μｍ、抵抗率１０〜１００Ω・ｃｍ程度で、面方位（１００）のＰ型シリコン基板からなる。裏面照射型の半導体エネルギー検出器においては、基板の薄形化、及び裏面入射面のポテンシャルスロープ（アキュムレーション層）の形成が必要である。
【００１８】
ＣＣＤチップ４の、エネルギー線検知部に対応する領域を含む裏面側の領域（内側領域）には、厚さ１０〜３０μｍ程度に薄く削られた（したがって２７０〜２９０μｍ程度の深さでエッチングされた）薄型部分４ａが形成されている。このような薄型部分４ａを有する構造は、まず、シリコン基板にシリコン窒化膜を堆積し、ホトリソグラフィ工程により所望の形状にパターニングし、それをマスクとしてシリコン基板をＫＯＨからなるエッチング液で、シリコン窒化膜に覆われた基板周辺部を厚く残したままエッチングすることにより形成される。
【００１９】
基板周辺部においてエッチングされずに厚く残した部分４ｂは、薄型化された薄型部分４ａを補強、保持するための枠部分として機能する。そして、この枠部分４ｂを残してエッチングする際に、シリコン基板における結晶方位により、薄型部分４ａと枠部分４ｂとの間に傾斜したベベル部分４ｃが形成されることになる。
【００２０】
スペーサ５は、所定の温度域（たとえば、１３３℃）における熱膨張係数がＣＣＤチップ４（シリコン）の熱膨張係数よりも大きい材料からなり、本実施形態においては、アルミナ等のセラミック材料からなる。１３３℃におけるシリコンの熱膨張係数は、２．５×１０^-6であり、同じく１３３℃におけるアルミナの熱膨張係数は、６．５×１０^-6である。スペーサ５は、接着剤（図示せず）により、基板２に対して接着、固定されている。
【００２１】
スペーサ５には、導電性接着剤６により、ＣＣＤチップ４の枠部分４ｂの裏面側が接着、固定されている。また、ＣＣＤチップ４の裏面側は、導電性接着剤６を介して基板２の接地（ＧＮＤ）ピン（図示せず）に接続されている。このように、ＣＣＤチップ４の裏面側を接地することにより、ＣＣＤチップ４の裏面側の電位が安定することになる。
【００２２】
載置部２ａより所定高さを有して形成された段部２ｂには、ＣＣＤチップ４の電極と接続するためのボンディングパッド（図示せず）が設けられている。ボンディングパッドは基板２の中間部に形成される金属層を通って、基板２の外部に導出されており、この基板２の外部に導出された部分にはリード（図示せず）がろう付け等により固着されている。ＣＣＤチップ４の電極とボンディングパッドとは、ボンディングワイヤ７を介して、結線されている。
【００２３】
ＣＣＤチップ４の表面と基板２の中空部３とスペーサ５の外周で画成される領域には、上述した所定の温度域（たとえば、１３３℃）にて硬化する熱硬化性の樹脂材料（たとえは、エポキシ樹脂等）８が充填されており、この充填された樹脂材料８が硬化することにより薄形化されたＣＣＤチップ４が補強、保護されると共に、基板２に固定されることになる。また、樹脂材料８の硬化温度においてＣＣＤチップ４の熱膨張係数とスペーサ５の熱膨張係数とが異なる（ＣＣＤチップ４の熱膨張係数＜スペーサ５の熱膨張係数）ことにより、スペーサ５の熱膨張により発生する応力が導電性接着剤６を介してＣＣＤチップ４側に伝えられ、薄型部分４ａの撓みが伸ばされることになる。
【００２４】
中空部３の周囲の基板２の上面（エネルギー線入射面側の面）２ｄには、シールフレームとしてのシールリング１０が、中空部３（ＣＣＤチップ４）を囲む状態でろう付け等により固着されている。シールリング１０には、キャップ１１がシームウェルド封止されている。キャップ１１は、前述のように、その外周部が載置された状態でシールリング１０に対してシームウェルド封止されており、ＣＣＤチップ４の薄型部分４ａと対向する位置に設けられる開口部１２を有している。また、キャップ１１は、コバール（フェルニコ）にて一体に形成されており、その表面には金メッキが施されている。
【００２５】
キャップ１１には、エネルギー線（光、電子線等）を透過させる窓部１３が、開口部１２を覆うように固着されている。窓部１３は、板状の石英（コルツ）ガラスの基材からなり、紫外線を透過するように構成されており、エネルギー線入射面及びエネルギー線出射面が研磨されている。また、窓部１３は、このエネルギー線入射面の端部が全周にわたって、接着層（図示せず）を介してキャップ１１の上面（ＣＣＤチップ４に対向する面とは反対の面）に固着されることにより、キャップ１１に固着されている。
【００２６】
本実施形態の半導体装置においては、遮蔽部材２１が、ＣＣＤチップ４のベベル部分４ｃのエネルギー線入射方向前方を遮蔽するようにＣＣＤチップ４に対して配設されている。この遮蔽部材２１は、厚さ約３００μｍのシリコン基板にて構成されており、エネルギー線（たとえば、光）を遮断する。遮蔽部材２１には、薄型部分４ａに対向する位置に、矩形形状の貫通孔２１ａがエッチング等により形成されている。
【００２７】
貫通孔２１ａを形成する遮蔽部材２１の縁部は、ベベル部分４ｃの薄型部分４ａ側の端部よりも薄型部分４ａ側に突出しており、貫通孔２１ａは、遮蔽部材２１におけるベベル部分４ｃのエネルギー線入射方向前方に位置する部分よりも内側に形成されている。貫通孔２１ａを形成する遮蔽部材２１の縁部の薄型部分４ａ側への突出量は、ベベル部分４ｃへのエネルギー線の入射方向を加味して適宜設定される。
【００２８】
遮蔽部材２１は、エポキシ樹脂等からなる接着剤（図示せず）により、ＣＣＤチップ４の枠部分４ｂの裏面側に接着、固定されている。このように、遮蔽部材２１をＣＣＤチップ４に固定することにより、遮蔽部材２１をベベル部分４ｃのエネルギー線入射方向前方を遮蔽する位置に確実に固定することができる。
【００２９】
スペーサ５には、ＣＣＤチップ４の枠部分４ｂに固定された遮蔽部材２１に対応する位置に、ＣＣＤチップ４とスペーサ５とが接着、固定された状態で遮蔽部材２１を保持する凹部５ａが遮蔽部材２１の全周を取り囲むようにして形成されている。このように、スペーサ５に凹部５ａが形成されることにより、遮蔽部材２１の全周を取り囲んだ状態での遮蔽部材２１の保持が可能となると共に、ＣＣＤチップ４とスペーサ５とを直接接着、固定することができる。
【００３０】
以上のことから、第１実施形態においては、半導体装置１が遮蔽部材２１を有しているので、ＣＣＤチップ４のベベル部分４ｃに対するエネルギー線の入射そのものが妨げられることになり、ベベル部分４ｃにてエネルギー線が反射するのを防止することができる。この結果、エネルギー線がベベル部分４ｃで反射され、更に窓部１３や外部光学系等により反射されて、二次エネルギー線（二次光）として再び薄型部分４ａに入射するようなことはなく、この二次エネルギー線に起因したゴーストがＣＣＤチップ４からの出力に発生するのを抑制することができる。
【００３１】
また、遮蔽部材２１は、ベベル部分４ｃのエネルギー線入射方向前方を遮蔽するようにＣＣＤチップ４に対して配設されているので、遮蔽部材２１によりベベル部分４ｃへのエネルギー線の入射が妨げられるので、ベベル部分４ｃへのエネルギー線の入射を防止し得る構成を簡易且つ低コストで実現することができる。なお、遮蔽部材２１には薄型部分４ａに対向する位置に貫通孔２１ａが形成されているので、この貫通孔２１ａを通ってエネルギー線が薄型部分４ａに入射することになる。これにより、遮蔽部材２１により薄型部分４ａへのエネルギー線の入射が妨げることはない。
【００３２】
また、貫通孔２１ａを形成する遮蔽部材２１の縁部は、ベベル部分４ｃの薄型部分４ａ側の端部よりも薄型部分４ａ側に突出しており、貫通孔２１ａは、遮蔽部材２１におけるベベル部分４ｃのエネルギー線入射方向前方に位置する部分よりも内側に形成されているので、ベベル部分４ｃにエネルギー線が入射するのを確実に防止することができる。
【００３３】
また、ＣＣＤチップ４よりも所定の温度域における熱膨張係数が大きい材料からなり、半導体基板の裏面側が固定されるスペーサ５と、エネルギー線を透過する窓部１３が設けられ、その内側にＣＣＤチップ４が配置される基板２と、を更に有し、基板２とスペーサ５の外周とＣＣＤチップ４の表面側とで画成される領域に、所定の温度域にて硬化する樹脂材料８が充填されており、スペーサ５には、遮蔽部材２１を保持するための凹部５ａが形成されているので、充填される樹脂材料８の硬化温度におけるＣＣＤチップ４とスペーサ５との熱膨張係数の違いを利用して薄型部分４ａの撓みを伸ばし得る構成を採用した場合においても、遮蔽部材２１を所望の位置に確実に配設することができる。このとき、遮蔽部材２１はスペーサ５の凹部５ａに保持されるので、スペーサ５の膨張により発生する応力を直接ＣＣＤチップ４に伝えることが可能となり、薄型部分４ａの撓みをなくすことができる。また、遮蔽部材２１とスペーサ５との接触面積が少なくなることから、スペーサ５から遮蔽部材２１に作用する応力が小さくなり、遮蔽部材２１が破損（クラックの発生）するのを抑制することができる。
【００３４】
また、スペーサ５は、遮蔽部材２１の全周を取り囲んでいるので、遮蔽部材２１にクラックが発生した場合においても、充填される樹脂材料８が薄型部分４ａの裏面側（エネルギー線入射側）に流れ出るのを防ぐことができる。この結果、製品の歩留まりを向上することができる。
【００３５】
また、遮蔽部材２１をシリコン基板にて構成することにより、貫通孔２１ａの加工にエッチング技術を用いる等、遮蔽部材２１の加工に対して既存の半導体製造技術を用いることが可能となり、高精度な遮蔽部材２１の加工を行うことができる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、図３に基づいて、第２実施形態について説明する。図３は、第２実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。第１実施形態と第２実施形態とでは、遮蔽部材２１の接着、固定構造に関して相違する。
【００３７】
第２実施形態に係る半導体装置５１にあっては、遮蔽部材２１が、導電性接着剤６により、ＣＣＤチップ４の枠部分４ｂ及びスペーサ５に接着、固定されている。これにより、ＣＣＤチップ４は、遮蔽部材２１を介した状態でスペーサ５に固定されることになる。
【００３８】
以上のことから、第２実施形態においても、上述した第１実施形態と同様に、半導体装置５１が遮蔽部材２１を有しているので、ＣＣＤチップ４のベベル部分４ｃに対するエネルギー線の入射そのものが妨げられることになる。この結果、エネルギー線がベベル部分４ｃで鏡面反射され、更に窓部１３や外部光学系等により反射されて、二次エネルギー線（二次光）として再び薄型部分４ａに入射するようなことはなく、この二次エネルギー線に起因したゴーストがＣＣＤチップ４からの出力に発生するのを抑制することができる。
【００３９】
（第３実施形態）
次に、図４に基づいて、第３実施形態について説明する。図４は、第３実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。本第３実施形態は、ベベル部分に遮蔽層を形成している点で第１及び第２実施形態と相違する。
【００４０】
第２実施形態に係る半導体装置７１にあっては、ＣＣＤチップ４のベベル部分４ｃの裏面側（エネルギー線入射側）に、エネルギー線を遮蔽する材料からなる遮蔽層８１が形成されている。この遮蔽層８１は、たとえば黒レジスト（ＣＸ−４０１Ｎ：新日鉄化学（株））、黒色樹脂（ＯＨ１０５／ＳＢ：Ｅｐｏ−Ｔｅｋ）等の遮光性材料を塗布することにより形成可能である。また、遮光性のテープを貼付することにより、遮蔽層８１を形成するようにしてもよい。
【００４１】
以上のことから、第３実施形態に係る半導体装置７１にあっては、ベベル部分４ｃに遮蔽層８１が形成されているので、上述した第１及び第２実施形態と同様に、ＣＣＤチップ４のベベル部分４ｃに対するエネルギー線の入射そのものが妨げられることになる。この結果、エネルギー線がベベル部分４ｃで鏡面反射され、更に窓部１３や外部光学系等により反射されて、二次エネルギー線（二次光）として再び薄型部分４ａに入射するようなことはなく、この二次エネルギー線に起因したゴーストがＣＣＤチップ４からの出力に発生するのを抑制することができる。
【００４２】
本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、たとえば遮蔽部材２１もシリコン基板以外のセラミックス等により構成してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、ベベル部分でのエネルギー線の反射を防止して、半導体基板からの出力にゴーストが発生するのを抑制することが可能な半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の平面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１，５１，７１…半導体装置、２…基板、４…ＣＣＤチップ、４ａ…薄型部分、４ｂ…枠部分、４ｃ…ベベル部分、５…スペーサ、５ａ…凹部、６…導電性接着剤、８…樹脂材料、１３…窓部、２１…遮蔽部材、２１ａ…貫通孔、８１…遮蔽層。

Claims

半導体基板の一方面側で前記半導体基板の一部が削られることにより、前記半導体基板の他方面側に形成された電荷読み出し部に対応する前記半導体基板の前記一方面側の領域を含む領域が前記一方面側から薄型化された薄型部分が前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の前記一方面側からエネルギー線が入射される半導体装置であって、
前記薄型部分の外周において前記薄型部分に対して傾斜して形成されたベベル部分に対して、前記エネルギー線が入射するのを防ぐエネルギー線入射防止手段と、
前記半導体基板よりも所定の温度域における熱膨張係数が大きい材料からなり、前記半導体基板の前記一方面側が固定される固定部材と、
前記エネルギー線を透過する窓部が設けられ、その内側に前記半導体基板が配置される収納容器と、を有し、
前記エネルギー線入射防止手段は、前記ベベル部分のエネルギー線入射方向前方を遮蔽するように前記半導体基板に対して配設される遮蔽部材であり、
前記遮蔽部材には、前記薄型部分に対向する位置に貫通孔が形成され、
前記収納容器と前記固定部材の外周と前記半導体基板の他方面側とで画成される領域に、前記所定の温度域にて硬化する樹脂が充填されており、
前記固定部材には、前記遮蔽部材を保持するための凹部が形成されていることを特徴とする半導体装置。
前記貫通孔を形成する前記遮蔽部材の縁部は、前記ベベル部分の前記薄型部分側の端部よりも前記薄型部分側に突出しており、前記貫通孔は、前記遮蔽部材における前記ベベル部分の前記エネルギー線入射方向前方に位置する部分よりも内側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記遮蔽部材は、シリコン基板にて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記固定部材は、前記遮蔽部材の全周を取り囲んでいることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。