JP4663450B2

JP4663450B2 - 光電集積回路装置の製造方法

Info

Publication number: JP4663450B2
Application number: JP2005247186A
Authority: JP
Inventors: 満小荒井; 良平老川
Original assignee: Pioneer Corp; Pioneer Micro Technology Corp
Current assignee: Pioneer Corp; Pioneer Micro Technology Corp
Priority date: 2005-08-29
Filing date: 2005-08-29
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2025-08-29
Also published as: TW200709356A; TWI313046B; JP2007066945A

Description

本発明は、陽極接合による光電集積回路（OEIC）装置の製造方法に関し、特に陽極接合によって光能動部上をガラスで気密封止するタイプの光電集積回路装置の製造方法に関する。

従来、ＤＶＤ／ＣＤ用の赤色及び赤外レーザー対応の光電集積回路装置においては、封止用材料として透明でかつ成形作業性、耐湿性、及び価格等に優れたなエポキシ樹脂が用いられてきた。しかしながら、かかる封止用エポキシ樹脂に次世代ＤＶＤに用いられるブルーレーザーを照射すると、ブルーレーザー固有のエネルギーによりエポキシ樹脂が黄変して透過率が悪化してしまうという問題がある。従って、ブルーレーザー対応の光電集積回路装置のレーザー照射部には従来からのエポキシ樹脂を使用することができない。

かかる問題の対処案として、例えば特許文献１に示される如く、ブルーレーザーが照射される光電集積回路装置の受光面上に透明なガラス板を貼り合せる気密封止法が考えられる。この方法は、集積回路の受光面とガラス板とを透明な接着剤を介して接合する方法である。かかる接合方法においては、接合を確実に行なうべく、ダイシング後の小片（チップ）に同じく小片のガラス板を位置合わせし、その後透明接着剤を介して互いを貼り付けることが必要となる。なお、ガラス板が接着された部分以外は従来通りエポキシ樹脂で封止することになる。これによりブルーレーザー固有のエネルギーによりエポキシ樹脂が劣化して透過率が悪化するという問題を防ぐことが可能となる。なお、上記した問題はブルーレーザー対応の発光素子の発光面を上記した如く封止する場合にも生ずる。
特開平０４−１１４４５６号公報

光電集積回路装置の受光面や発光面等の光透過面を封止するために透明接着剤を用いてガラス板を当該光透過面に貼り付ける場合は、上記の如くチップ及びガラス板を小片にしてから貼り付ける必要がある。従ってガラス板の接合作業に多くの工数がかかってしまう上に、製品にばらつきが生じてしまう。更にチップとガラス板との接合に透明接着剤を用いているため、その劣化による透過率の低下が依然懸念される。

本発明が解決しようとする課題には上記の欠点が一例として挙げられ、ブルーレーザー等の短波長に対応した光電集積回路装置を均一な透光性を有しつつ安価に製造する方法を提供することを目的とする。

本発明による光電集積回路装置の製造方法は、基板上に複数の光電集積回路を有する半導体ウエハと可動イオンを含むガラス板とを用意する第１ステップと、前記半導体ウエハの基板に電気的に接続した金属薄膜パターンを形成する第２ステップと、前記金属薄膜パターン上に前記ガラス板を載置した後に前記半導体ウエハと前記ガラス板との間に電圧を印加して前記ガラス板と前記金属薄膜パターンとを陽極接合せしめる第３ステップと、前記ガラス板の前記光電集積回路に対応する部分を残しつつ前記半導体ウエハを切断して前記光電集積回路の１つを各々が含む光電集積回路装置を得る第４ステップと、を含み、
前記第２ステップは、保護膜を、前記光電集積回路が形成されている前記半導体ウエハの基板の全面を覆うように形成するステップと、前記半導体ウエハの基板に対して垂直な方向に前記保護膜を貫通する貫通孔を電気的に導通するように前記半導体ウエハの基板まで形成するステップと、前記貫通孔から露出した前記基板と前記保護膜を覆うように金属薄膜を形成するステップと、前記光電集積回路の周辺に形成された前記金属薄膜の幅を有する前記貫通孔上の金属薄膜パターンが残るように前記金属薄膜を選択除去して前記金属薄膜パターンの形成するステップと、前記光電集積回路を露出すべく前記光電集積回路上の前記保護膜の一部を除去するステップと、を含むことを特徴としている。

前記ガラス板は、耐熱性ガラス板であってもよい。前記ガラス板は、前記光電集積回路の各々に対応する領域が他の領域よりも突出してもよい。

以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例による製造方法を含んだ光電集積回路装置の製造方法の概略ブロックフロー図である。光電集積回路装置の製造においては、図１に示すように、先ずウエハ処理工程Ｓ１において、シリコン（Ｓ_i）等からなる半導体基板の上面に光電集積回路を構成する素子（例えば、受光素子や発光素子）、及び電子回路等が形成される。これらの素子等はイオン注入法及びリソグラフィ技法等の周知のプロセスを用いて形成される。このようにして半導体基板上に設けられた素子等を含んだ領域であって、後述のガラス板によって気密封止される領域を以下の説明において光能動部１４と称する。図２（ａ）に示す半導体ウエハ１０の部分断面図には、２つの光能動部１４が半導体基板１１上に設けられている様子が示されている。半導体基板１１上には更に低抵抗の配線パターン（図示せず）が、上記光能動部１４からボンディングパッド（図示せず）が設けられる領域に亘って設けられている。

次に、ウエハ処理工程Ｓ１と並行したガラス板処理工程Ｓ２において、後述する陽極接合に適した形状のガラス板が周知のプロセスを用いて作られる。本発明においては、後述するようにガラス板とウエハ段階で半導体ウエハに形成した金属薄膜とを陽極接合した後にチップに切り分けるので、ガラス板において半導体ウエハに対向する面の形状は半導体ウエハと略同サイズの円盤状に形成されるのが好ましい。また、ガラス板の厚みは強度、加工性等の観点から定められ、例えば５００μｍである。

後述するように、陽極接合においてはガラス板中のＮａ⁺などの可動イオンが接合に寄与している。従ってガラス板には上記可動イオンを含む材質が用いられる。更に、陽極接合は高温状態で行われるため、接合後に室温に戻した際に応力が残留しないような、ウエハと同程度の熱膨張率を有するガラスを用いることが好ましい。これらの特徴を兼ね備えたガラスには、例えばパイレックスガラス（登録商標）等の耐熱性ガラスがある。

なお、図１０は、図３に示すガラス板２０の下面を上にした状態にしてガラス板２０の一部を示しており、突出部２２は光電集積回路に対応する領域において他の領域よりも５０乃至１００μｍ程度突出していることが明らかである。かかる突出部２２は例えばサンドブラストによって形成される。これによりガラス板の切断部分の厚みが薄くなるので、後述のダイシング工程Ｓ４でのガラス板の切断が容易になる。なお、かかる突出部２２はウエハとの接合面に向かって突出しているのが好ましい。これにより、図４に示すように陽極接合の後にウエハとガラス板との間に空洞３１が生じるので、後述のダイシング工程Ｓ４でのガラス板の切断の際の作業性が良くなる。上記突出部２２を設ける場合は、陽極接合に際して半導体ウエハに対する突出部２２の位置合わせを要するので、かかる位置合わせを容易にすべくガラス板の一部にノッチ等が形成されるのが好ましい。

ウエハ処理工程Ｓ１及びガラス板処理工程Ｓ２において各々上記所定の処理が施された半導体ウエハ及びガラス板は、図１に示すように、次に接合工程Ｓ３に送られる。接合工程Ｓ３は、半導体ウエハに金属薄膜を形成する工程Ｓ３ａと、半導体ウエハの該金属薄膜とガラス板とを陽極接合する工程Ｓ３ｂとからなる。

先ず金属薄膜の形成工程Ｓ３ａについて説明する。図２には金属薄膜の形成工程Ｓ３ａがウエハ１０の部分断面図を用いて示されている。図２（ａ）には、上述したように、金属薄膜形成工程Ｓ３ａにて処理される前のウエハ１０の部分断面図が示されている。上記光能動部１４及び図示しない配線パターンが設けられている半導体基板１１上に、先ず図２（ｂ）に示すように、例えば１μｍの厚みの保護膜１２が形成される。保護膜１２は、光能動部１４が形成されているウエハ面の全面を覆うように、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって形成される。保護膜１２の材質は例えば酸化シリコン（Ｓ_iＯ₂）である。

次に図２（ｃ）に示すように、後述する陽極接合の際に金属薄膜と半導体基板１１とが電気的に導通するように、ウエハ平面に対して垂直な方向に保護膜１２を貫通する貫通孔１５が設けられる。貫通孔１５は、例えばリトグラフ及びエッチングによって設けられる。上述したように、半導体基板１１上には配線パターンが設けられているので、上記貫通孔１５は、該配線パターンと接しないように複数個に分けて設けられる。なお、貫通孔１５の個数及び各々の開口面積は、陽極接合の際に金属薄膜１３に適切な電圧が印加され得る点を考慮して定められる。また、後述するワイヤボンディングに供するボンディングパッド（図示せず）も上記リトグラフ及びエッチング時に設けられる。

次に図２（ｄ）に示すように、保護膜１２を覆うように金属薄膜１３をウエハ全面に蒸着等によって形成する。金属薄膜１３の厚みは１０００Å以上である。このとき、上記貫通孔１５内にも金属が埋め込まれる。金属薄膜１３の材料は、後述の陽極接合におけるガラス板との接合強度、陽極接合に影響を及ぼす比抵抗、保護膜との密着性、金属薄膜の加工性等の観点から選択され、例えばＴｉが用いられる。また、金属薄膜１３の上面は後述の陽極接合において対向するガラス板２０との接合面となるため、周知の平坦化法を用いて平坦にされるのが好ましい。

続いて、図２（ｅ）に示すように、光能動部１４の周辺における陽極接合によって光能動部１４が気密封止されるように、例えばリトグラフ及びエッチングによって金属薄膜を選択除去する。各光能動部の周辺に形成された金属薄膜１３の幅は、ガラス板との接合強度、保護膜との密着性等の観点から定められ、２００μｍ以上である。

最後に図２（ｆ）に示すように、受光素子等が予め作り込まれている受光面を露出すべく、例えばリトグラフ及びエッチングを用いて受光面上の保護膜を取り除く。なお、ここでのエッチングの際に予め形成されている受光素子等が同時にエッチングされてしまうのを防止するために、保護膜１２を形成する前にエッチングストッパとして機能する薄膜（図示せず）を光能動部上のみに周知の方法で形成しておいてもよい。この場合は上記保護膜のエッチング後に該エッチングストッパを除去する工程が更に必要となる。

このようにして、金属薄膜形成工程Ｓ３ａにおける一連のプロセスにより陽極接合用の金属薄膜１３が形成される。なお、金属薄膜１３の形成工程は上記の実施例に限られるものではなく、他の工程によるものであってもよい。

次に、陽極接合工程Ｓ３ｂにおいて、ガラス板と半導体ウエハに形成されている金属薄膜１３とを陽極接合する。陽極接合する前のウエハ１０及びガラス板２０は例えば図３の部分断面図に示されるような形状をしている。ここで、陽極接合とは可動イオンを含むガラスと金属等とを高温、高電圧下で密着接合する方法であり、かかる接合に適した接合条件等は、例えば、G.Wallis and D.I.Pomerants, Journal of Applied Physics. vol.40 (1969), pp.3946-3949に詳細に記述されている。

本実施例では、図９に示すように、ウエハ１０とガラス板２０とを互いに位置合わせして陽極接合装置１に設置する。ウエハ１０及びガラス板２０には各々電極治具２及び電極治具３が電気的に接続されており、電極治具２及び電極治具３は更にガラス板が陰極側、ウエハ側が陽極側となるように電源５に接続されている。またウエハ１０の近傍に加熱装置４が設置されている。かかる装置１により、ガラス板とウエハとが３６０乃至４００℃に加熱され、同時にガラス板２０とウエハ１０との間に６００乃至１０００Vの電圧が印加されて陽極接合が開始する。該陽極接合の際は、加熱によって軟化したガラス板中のＮａ⁺などのアルカリイオンが電極治具３に向かって移動する。また、金属薄膜１３には半導体基板１１を介して電圧が印加されているため、金属薄膜１３中の自由電子が電極治具２に向かって移動する。その結果、ガラス板及び金属薄膜１３の互いの接触面近傍に残留したＯ^-イオン及び金属⁺イオンによって大きな静電引力が発生する。これにより接触面で化学結合が生じ、ガラス板２０と金属薄膜１３とが接合する。所定時間経過後に陽極接合は完了し、その後ガラス板の接合したウエハは電極治具２及び３に挟まれたまま室温まで空冷される。図４には、上記陽極接合の結果ガラス板の接合しているウエハ３０が部分断面図で示されている。

次に図１に示すように、ガラス板の接合しているウエハ３０はダイシング工程Ｓ４に送られて、小片に切り分けられる。ダイシング工程Ｓ４においては、先ず図５に示すように、ガラス板２０のうちウエハ切断部分の上部に位置するガラス片２３が切断部分３２でダイシングされることによって取り除かれる。これによって、各チップの光能動部上にのみ封止用ガラス板２４が接合せしめられた状態となる。また、各光能動部の周辺に後述するワイヤボンディング及び樹脂封止用のスペースが確保されることになる。続いて図６に示すように、ウエハ切断部分３３でウエハを切断することによって小片（チップ）４０に切り分けられる。

ダイシング工程Ｓ４より後は、例えば図１のＳ４乃至Ｓ９に示す如く通常の工程に従って処理されて最終製品となる。図７に、これら一連の工程を経て完成した光電集積回路装置５０の平面図を示す。更に、図７に示す点線で切り取った断面図を図８に示す。以下、図１のＳ４乃至Ｓ９の工程について概略の説明を行う。先ずダイボンディング工程Ｓ５において、例えば樹脂からなる基板５１上にチップ４０が搭載される、次にワイヤボンディング工程Ｓ６において、チップ４０上に設けられたボンディングパッド５５とリード５２とが例えば金等のワイヤ５３で接続される。次にモールディング工程Ｓ７において、ガラス板での封止部以外が例えばエポキシ樹脂等の樹脂５４によって封止される。次にマーキング工程Ｓ８において、ロット番号等が印字される。最後に最終検査工程Ｓ９で検査されて最終製品としての光電集積回路装置が得られる。

以上のように、本発明の実施例によれば、ウエハ段階で正確にガラス板との位置合わせを行なって接合するため、個別にガラス板を張り合わせるよりも均一に光電集積回路装置を製造することが可能となる。更にウエハ段階で光能動部の上部だけがガラス板によって封止されるため、ダイシング工程以降は既存の半導体組立生産設備を使用することが可能である。よって、ブルーレーザー等の短波長に対応した光電集積回路装置を均質な透光性を有しつつ安価に製造することが可能となる。

本発明の実施例による製造方法を含んだ光電集積回路装置の製造方法の概略ブロックフロー図である。本発明の実施例における金属薄膜形成工程を説明した部分断面図である。本発明の実施例による陽極接合前の半導体ウエハ及びガラス板の部分断面図である。本発明の実施例によってガラス板が陽極接合せしめられた後の半導体ウエハの部分断面図である。図４に示す半導体ウエハにおいて、本発明の実施例によって光能動部領域以外のガラス板がダイシング工程において取り除かれる様子を示した図である。図５に示す半導体ウエハが、本発明の実施例によるダイシング工程において切り分けられた様子を示した図である。本発明の実施例によって製造された最終製品としての光電集積回路装置の平面図である。図７に示す点線で切り取った光電集積回路装置の断面図である。本発明の実施例の陽極接合用の装置の概略図である。本発明の実施例の突出部を有するガラス板の部分斜視図である。

符号の説明

１０ウエハ
１１半導体基板
１２保護膜
１３金属薄膜
１４光能動部
２０ガラス板
２２突出部
２４封止用ガラス板
４０チップ
５０光電集積回路装置
５１樹脂基板
５２リード
５３ボンディングワイヤ
５４封止樹脂
５５ボンディングパッド

Claims

基板上に複数の光電集積回路を有する半導体ウエハと可動イオンを含むガラス板とを用意する第１ステップと、前記半導体ウエハの基板に電気的に接続した金属薄膜パターンを形成する第２ステップと、前記金属薄膜パターン上に前記ガラス板を載置した後に前記半導体ウエハと前記ガラス板との間に電圧を印加して前記ガラス板と前記金属薄膜パターンとを陽極接合せしめる第３ステップと、前記ガラス板の前記光電集積回路に対応する部分を残しつつ前記半導体ウエハを切断して前記光電集積回路の１つを各々が含む光電集積回路装置を得る第４ステップと、を含み、
前記第２ステップは、保護膜を、前記光電集積回路が形成されている前記半導体ウエハの基板の全面を覆うように形成するステップと、前記半導体ウエハの基板に対して垂直な方向に前記保護膜を貫通する貫通孔を電気的に導通するように前記半導体ウエハの基板まで形成するステップと、前記貫通孔から露出した前記基板と前記保護膜を覆うように金属薄膜を形成するステップと、前記光電集積回路の周辺に形成された前記金属薄膜の幅を有する前記貫通孔上の金属薄膜パターンが残るように前記金属薄膜を選択除去して前記金属薄膜パターンの形成するステップと、前記光電集積回路を露出すべく前記光電集積回路上の前記保護膜の一部を除去するステップと、を含むことを特徴とする光電集積回路装置の製造方法。
前記ガラス板は、耐熱性ガラス板であることを特徴とする請求項１記載の光電集積回路装置の製造方法。
前記ガラス板は、前記光電集積回路の各々に対応する領域が他の領域よりも突出していることを特徴とする請求項１記載の光電集積回路装置の製造方法。
前記ガラス板の前記他の領域よりも突出している突出部はサンドブラストによって形成されていることを特徴とする請求項３記載の光電集積回路装置の製造方法。