JP5264332B2 - 接合ウエハ、その製造方法、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、素子形成ウエハと透光性ウエハとが貼り合わされた接合ウエハ、その製造方法、及び、当該接合ウエハを個片化して得られた半導体チップを含む半導体装置の製造方法に関する。

近年、例えば携帯電話などに代表される情報処理機器の高機能化、小型化及び部品実装の高密度化に伴い、これらの情報処理機器に搭載される半導体パッケージの小型化が著しく進展している。例えば、カメラ付きの携帯電話やデジタルカメラなどの場合、これらに搭載される、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの固体撮像素子を有する半導体パッケージの小型化が望まれる。小型化を実現する技術として、チップサイズとほぼ同一のパッケージサイズを実現するチップサイズパッケージ技術が注目されている。

撮像機能を奏するチップサイズパッケージは、通常、補強及び保護のためのガラス基板で封止されている。例えば、特許文献１には、固体撮像素子と透光性蓋部とが接着剤層を介して接合された構成を含む光学装置用モジュールが開示されている（特許文献１の図１）。また、特許文献２には、固体撮像素子と光学ガラスとが接合層を介して接合された構成を含む固体撮像装置が開示されている（特許文献２の図５）。

固体撮像素子が形成された半導体チップとガラス基板とが接着された構造は、従来、以下のような工程で製造されていた。先ず、両面が平らな例えばガラスウエハなどの透光性ウエハを準備し、透光性ウエハの片面に接着剤を塗布する。ここでの接着剤はネガ型であるとする。続いて、透光性ウエハに塗布された接着剤を、各々が複数の素子形成領域の内の１に対応する複数の遮光パターンが例えば２行２列などのマトリクス状に配されたパターンマスクを介して、投影型露光装置であるステッパーにより露光する。ステッパーによる露光は、全ての素子形成領域に対応するように、露光位置を変えながら、複数回行われる。ここでの遮光パターンは固体撮像素子の形状に対応した矩形のパターンであるとする。露光時における照射光は、矩形の遮光パターンにより遮光され、素子形成領域に対応する部分は露光されない。

露光後、現像処理により、接着剤の内の感光しなかった部分を透光性ウエハの表面から除去する。これにより、図１に示される如く、感光した部分（斜線で表される）の接着剤２００のみが透光性ウエハ１００の表面に残存している。接着剤除去部分１００ａは、上記した矩形の遮光パターンによって照射光が遮光された部分に対応する部分であり、同図中に白抜きで表される。次に、固体撮像素子が形成されたウエハ（以下、素子形成ウエハと称する。）を、透光性ウエハ１００の表面に残存する接着剤２００により、透光性ウエハ１００に貼り合わせる。続いて、素子形成ウエハを裏面研磨し、所望の厚さにする。

その後、素子形成ウエハに電極及び配線を形成する工程、透光性ウエハ１００及び素子形成ウエハを切断して個片化する工程、個片化して得られた、ガラスに封止された半導体チップにレンズを固定するなどしてモジュール化する工程を経て半導体装置が完成する。
特開２００７−２８２１３７号公報 特開２００４−２０７４６１号公報

しかしながら、ステッパーによる露光の場合、図１に示される如く、例えば領域１００ａ−１のように実際に固体撮像素子が形成される領域に対応する接着剤が除去されると共に、例えば領域１００ａ−２のように実際には固体撮像素子が形成されない領域に対応する接着剤も除去されてしまう。通常、コストの観点から、可能な限り多くの固体撮像素子が表面上に多数形成されているが、全ての固体撮像素子に対応するようにステッパーにより露光位置を変えながら露光した場合、その露光に用いるマスクの遮光パターンの配列の関係上、領域１００ａ−２のように実際には固体撮像素子が形成されない透光性ウエハ周縁部の接着剤も除去されてしまう。

図２の（ａ）は、裏面研磨工程における、透光性ウエハ１００の表面に残存する接着剤２００により互いに貼り合わされた透光性ウエハ１００及び素子形成ウエハ３００の断面を表す断面図である。この断面図は図１に示される一点鎖線Ａ１の部分の断面図である。素子形成ウエハ３００を裏面研磨するとき、図２の（ａ）に示される如く、矢印Ｙ１の方向に圧力が加えられる。透光性ウエハ１００の周縁部の一部分であって実際には固体撮像素子が形成されない部分（接着剤除去部分１００ａ−１など）も接着剤２００が除去されている。周縁部の接着剤除去部分１００ａには、矢印Ｙ１方向からの加圧に抗する支えとなる接着剤２００が存在しないため、図２の（ｂ）に示される如く、素子形成ウエハ３００の欠けＫ１やクラック（ひび割れ）Ｋ２を生じるという問題点があった。欠けＫ１に関しては、単に素子形成ウエハ３００の周縁部に生じる場合が多い。一方、通常、素子形成ウエハ３００はシリコンを主材料としており、クラックＫ２は、シリコンの結晶方向に沿って素子形成ウエハ３００の内部にまで及ぶため、歩留まりの低下や半導体装置化後の障害を引き起こす原因となっており、ひいては半導体装置の信頼性を低下させていた。

また、透光性ウエハ１００と素子形成ウエハ３００とを貼り合せた後、ウエハの切断（個片化）までの工程においては様々な薬液処理が施されるが、ウエハの周縁部に形成された接着剤除去部分１００ａから薬液が内部に入り込み、接着剤２００を侵食し、素子形成領域に残滓となるなどして、歩留まりの低下や半導体装置化後の障害を引き起こす原因となっていた。

本発明は上記した如き問題点に鑑みてなされたものであって、ステッパーによりウエハを露光した場合においても、当該ウエハを個片化して得られた、ガラス基板で封止された半導体チップの製造歩留まりを向上させ、また、当該半導体チップを含む半導体装置の障害発生を減少させてその信頼性を向上させることができる接合ウエハの製造方法を提供することを目的とする。

本発明による半導体装置の製造方法は、透光性ウエハ及び表面に素子形成領域を有する素子形成ウエハを準備するウエハ準備ステップと、前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハの表面にネガ型の感光性接着層を形成する接着層形成ステップと、前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに形成された感光性接着層の少なくとも一部を露光する接着層露光ステップと、前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに形成された感光性接着層を現像してその一部を除去する接着層現像除去ステップと、前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに残存する感光性接着層により前記透光性ウエハと前記素子形成ウエハとを貼り合せるウエハ貼り合せステップと、を少なくとも含む半導体装置の製造方法であって、前記接着層露光ステップは、前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに形成された感光性接着層の部分であって前記透光性ウエハと前記素子形成ウエハとを貼り合せたときに前記素子形成領域に対応する部分が除去されるようにステッパーにより露光する素子形成領域露光ステップと、前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハの周縁部の感光性接着層が残存するように露光するウエハ周縁露光ステップと、からなることを特徴とする。

本発明による半導体装置の製造方法は、透光性ウエハ及び表面に素子形成領域を有する素子形成ウエハを準備するウエハ準備ステップと、前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハの表面にネガ型の感光性接着層を形成する接着層形成ステップと、前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに形成された感光性接着層の少なくとも一部を露光する接着層露光ステップと、前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに形成された感光性接着層を現像してその一部を除去する接着層現像除去ステップと、前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに残存する感光性接着層により当該透光性ウエハと前記素子形成ウエハとを貼り合せて接合ウエハを得るウエハ貼り合せステップと、前記接合ウエハを前記素子形成ウエハの側から研磨する研磨ステップと、当該素子形成ウエハの研磨面から前記素子形成領域に形成されている受光素子に電気的に接続されるように電極及び配線を形成する電極配線形成ステップと、当該透光性ウエハ及び当該素子形成ウエハを素子形成領域間残存接着剤に沿って切断するウエハ切断ステップと、を少なくとも含む半導体装置の製造方法であって、前記接着層露光ステップは、前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに形成された感光性接着層の部分であって前記透光性ウエハと前記素子形成ウエハとを貼り合せた場合に前記素子形成領域に対応する部分が除去されるようにステッパーにより露光する素子形成領域露光ステップと、前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハの周縁部の感光性接着層が残存するように露光するウエハ周縁露光ステップと、からなることを特徴とする。

本発明による接合ウエハは、表面において互いに隣接して形成された複数の素子形成領域の各々が感光性接着層によって区画されて形成された素子形成ウエハと、前記感光性接着層によって前記表面と対向して前記素子形成ウエハに貼り付けられた透光性ウエハと、が互いに貼り合わされて構成された接合ウエハであって、前記感光性接着層は、前記素子形成ウエハ及び前記透光性ウエハの周縁部に沿って形成された第１の感光性接着剤層と、互いに隣接する前記素子形成領域の間に残存する第２の感光性接着剤層とからなり、前記第１の感光性接着層と前記第２の感光性接着層とで囲まれた領域の形状が、前記素子形成領域の形状と異なっており、前記第１の感光性接着層の幅は、前記第２の感光性接着層の幅よりも大きいことを特徴とする。

本発明による接合ウエハの製造方法によれば、ステッパーによりウエハを露光した場合においても、当該ウエハを個片化して得られるガラス基板で封止された半導体チップの製造歩留まりを向上させ、また、当該半導体チップを含む半導体装置の障害発生を減少させてその信頼性を向上させることができる。

以下、本発明に係る実施例について添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。

図３は本実施例によって製造される半導体装置８００の一例であるイメージセンサの断面図である。例えばシリコン単結晶などからなる半導体チップ３１０の受光面側には、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などにより構成された固体撮像素子３２０が形成されている。固体撮像素子３２０は例えば、画素数分の受光素子がマトリックス状に配列されたものである。半導体チップ３１０には、固体撮像素子３２０の保護及び半導体チップ３１０の補強のための透光性のガラス基板１１０が接着剤２００により接着されている。半導体チップ３１０の受光面とガラス基板１１０の接着面とが平行になるように接着されている。接着剤２００は例えばエポキシ系の感光性接着樹脂などである。

半導体チップ３１０の受光面からその裏面にかけて、例えば銅などの金属からなる貫通電極４１０が形成されている。半導体チップ３１０の裏面側には、例えば半田などからなるＢＧＡ（Ball Grid Array）バンプなどの外部端子４２０が形成されている。半導体チップ３１０には、所望のパターニングが施された配線（図示せず）が形成されており、固体撮像素子３２０と貫通電極４１０とは当該配線を介して電気的に接続されている。同様に貫通電極４１０と外部端子４２０とは図示せぬ配線を介して電気的に接続されている。外部端子４２０は、例えば画像処理用ＬＳＩ（図示せず）などが搭載されたプリント基板（図示せず）などに接続されている。なお、半導体チップ３１０と貫通電極４１０及び外部端子４２０との絶縁性は、半導体チップ３１０の内部又は表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）又はシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）などの酸化膜（図示せず）を適宜形成することにより確保される。

ガラス基板１１０には、レンズ固定部５１０によりレンズ５２０が固定されている。レンズ５２０は、撮像対象からの光が固体撮像素子３２０の面上に結像されるように固定されている。固体撮像素子３２０は受光強度に応じた電気信号を生成し、これを貫通電極４１０及び外部端子４２０を介して外部の画像処理用ＬＳＩ（図示せず）などに伝達する。当該画像処理用ＬＳＩにより当該電気信号に基づいて画像又は映像イメージのデータが生成される。

以下、本実施例による半導体装置８００の製造方法について説明する。図４はウエハ貼り合せ工程を表すフローチャートである。以下、図４を参照しつつ、ウエハ貼り合せ工程について説明する。

最初に、透光性の透光性ウエハ１００及び素子形成ウエハ３００を準備する（ステップＳ１０１）。図５は素子形成ウエハ３００を表す図である。素子形成ウエハ３００はシリコン単結晶などからなり、その表面には例えばＣＣＤやＣＭＯＳなどにより構成された複数の固体撮像素子３２０が形成されている。以下、固体撮像素子３２０が形成されている領域を素子形成領域と称する。なお、通常、素子形成ウエハ３００の表面には、より多くの固体撮像素子３２０が形成されている。素子形成ウエハ３００の厚さに制約はないが、例えば約７００μｍである。図６の（ａ）は準備された透光性ウエハ１００を表す図である。透光性ウエハ１００は、例えば石英や水晶を主成分とする通常用いられる材質のガラスウエハなどであり、これらにコーティングを施したものでも良い。透光性ウエハ１００の厚さは、半導体装置８００であるイメージセンサの撮像光学系により決定されるが、例えば約２００μｍである。透光性ウエハ１００には、洗浄処理等を適宜、施しておく。

次に、透光性ウエハ１００の表面に、感光性の接着剤２００を塗布して接着層を形成する（ステップＳ１０２）。図６の（ｂ）は、接着剤２００が塗布された透光性ウエハ１００を表す図である。接着剤２００は例えばエポキシ系の感光性接着樹脂などである。ここでの接着剤２００は、露光された部分が現像後に残存するネガ型の感光性接着剤であるとする。接着剤２００は例えば通常のスピンコート（回転塗布）法により塗布される。接着剤２００の層厚は例えば数十μｍ程度である。接着剤２００が塗布された透光性ウエハ１００をホットプレートなどにより適温（例えば５０℃〜８０℃など）で加熱して接着剤２００を定着させるなどの処理を適宜、施す。なお、接着剤２００は感光性樹脂シートを用いてもよく、これらに限られるものではない。

続いて、透光性ウエハ１００に塗布された接着剤２００を露光する（ステップＳ１０３）。当該露光の工程は、ウエハ周縁の露光工程（ステップＳ１０３ａ）及び素子形成領域の露光工程（ステップＳ１０３ｂ）の２つの工程からなる。ここでは、ウエハ周縁の露光工程、素子形成領域の露光工程の順に行う。

図７は、ウエハ周縁の露光工程（ステップＳ１０３ａ）における透光性ウエハ１００及び周縁露光マスク７１０を照射光側から見たときの図である。周縁露光マスク７１０の外形は、透光性ウエハ１００の外形と相似形をなすように形成されており、ここでは透光性ウエハ１００の外形と同様に円形である。露光時には周縁露光マスク７１０の中心と透光性ウエハ１００の中心とが一致するように位置合わせする。周縁露光マスク７１０の直径Ｄ２（例えば２９５ｍｍ）は透光性ウエハ１００の直径Ｄ１（例えば３００ｍｍ）よりも小さい。周縁露光マスク７１０の周縁と透光性ウエハ１００の周縁との間の距離（以下、周縁間隔Ｓ１と称する）は、その周縁全体に亘って一様であり、例えば１．０ｍｍである。なお、周縁間隔Ｓ１は、後の素子形成領域の露光工程において用いられる素子形成パターンマスク７００の形状に合わせて適宜調整されるものである。

図６の（ｃ）は互いに位置合わせされた透光性ウエハ１００及び周縁露光マスク７１０の断面図である。照射光ＬＴは、例えばｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）及びｉ線（波長３６５ｎｍ）の３つの波長からなり、その強度は５００〜２０００ｍＪ程度である。照射光ＬＴは、周縁露光マスク７１０の全面に亘って遮光される。図８は、ウエハ周縁の露光工程における露光後の透光性ウエハ１００及び接着剤２００を表す図である。同図に示される如く、透光性ウエハ１００に塗布された接着剤２００の内、周縁部全体（斜線部分）に亘って接着剤２００が露光される。露光される周縁部の接着剤２００の幅は、周縁間隔Ｓ１と同様に約１．０ｍｍである。

ウエハ周縁の露光完了後、周縁露光マスク７１０を取り外し、素子形成パターンマスク７００をセッティングし、素子形成領域の露光工程（ステップＳ１０３ｂ）に移行する。図９は素子形成パターンマスク７００を表す図である。素子形成パターンマスク７００には、素子形成領域の形状に対応する２行２列の矩形パターン７００ａが形成されている。矩形パターン７００ａのサイズは、イメージセンサ用の半導体チップ形成の場合、例えば１〜６ｍｍ□程度である。矩形パターン７００ａ同士の間隔（以下、パターン間隔Ｗ１と称する）は約０．５ｍｍである。矩形パターン７００ａは露光時の照射光を遮光する一方、矩形パターン７００ａの周囲の白抜きの部分は、透過部７００ｂであり、露光時の照射光を透過する。

後の露光及び現像工程後に残存する接着剤２００の幅を考慮した場合、ウエハ周縁の露光工程における周縁間隔Ｓ１と、素子形成領域の露光工程におけるパターン間隔Ｗ１とは、以下のような関係にあることが望ましい。すなわち、周縁間隔Ｓ１がパターン間隔Ｗ１の２倍以上であることが望ましい。ここでは、パターン間隔Ｗ１を約０．５ｍｍ、周縁間隔Ｓ１を約１．０ｍｍとしている。

図１０は、ステッパーによる素子形成領域の露光工程（ステップＳ１０３ｂ）における透光性ウエハ１００及び素子形成パターンマスク７００を照射光側から見たときの図である。ステッパーによる露光は、上に形成されている全ての素子形成領域に対応するように、露光位置を変えながら、複数回行われる。図１０に示される透光性ウエハ１００及び素子形成パターンマスク７００の位置関係は、複数の露光のうちの１の露光時の位置関係を表すものである。

図６の（ｄ−１）〜（ｄ−３）は、互いに位置合わせされた透光性ウエハ１００及び素子形成パターンマスク７００の断面図である。照射光ＬＴは、ウエハ周縁の露光工程における照射光ＬＴと同種のもので良く、その強度も同程度で良い。図６の（ｄ−１）に示される如く、照射光ＬＴは、矩形パターン７００ａにより遮光され、素子形成領域に対応する部分は露光されない。一方、透過部７００ｂを透過した照射光ＬＴにより、透過部７００ｂに対応する部分の接着剤２００が露光される。また、図６の（ｄ−２）、（ｄ−３）に示される如く、露光位置を変更させながら、透光性ウエハ１００の全体に亘って露光する。

次に、透光性ウエハ１００に塗布された接着剤２００を現像し、感光していない部分を除去する（ステップＳ１０４）。図１１は現像処理後の透光性ウエハ１００を表す図である。同図中の斜線部分が除去されずに残存した接着剤２００である。透光性ウエハ１００の表面には、素子形成領域に対応する部分であって互いに隣接する接着剤除去部分１００ａの間に残存する接着剤２００（以下、素子形成領域間残存接着剤２００ａと称する。）に加えて、周縁部全体に亘って残存する接着剤２００（以下、周縁残存接着剤２００ｂと称する。）が存在する。

素子形成領域間残存接着剤２００ａの残存幅Ｗ２は、素子形成領域の露光工程におけるパターン間隔Ｗ１に従って約０．５ｍｍとなっている。周縁残存接着剤２００ｂの残存幅Ｓ２は、ウエハ周縁の露光工程における周縁間隔Ｓ１に従って約１．０ｍｍとなっている。すなわち、残存幅Ｓ２が残存幅Ｗ２の約２倍となるように接着剤２００が除去されている。このように残存幅Ｓ２が残存幅Ｗ２より大きく、さらには２倍以上とすることにより、後の裏面研磨工程において素子形成ウエハ３００に欠けやクラックを生じないようにする効果を高められる。例えば、残存幅Ｗ２が０．５ｍｍである場合、残存幅Ｓ２は１．０ｍｍ以上であるのが望ましく、更に拡大して２０ｍｍ程度としても良いが、残存幅Ｓ２を広くし過ぎた場合には１枚のウエハから取得可能な半導体チップ数が減るため、より多くの半導体チップを製造できるようにするというコストの観点に鑑みれば、上記したように残存幅Ｗ２が０．５ｍｍであるのに対して残存幅Ｓ２を１．０ｍｍ程度とするのが特に好ましい。図６の（ｅ）は現像処理後の透光性ウエハ１００の断面図である。透光性ウエハ１００の表面には、素子形成領域間残存接着剤２００ａに加え、周縁部全体に亘って周縁残存接着剤２００ｂが存在する。

続いて、透光性ウエハ１００に残存する接着剤２００により、透光性ウエハ１００と素子形成ウエハ３００とを貼り合せる（ステップＳ１０５）。貼り合せ手順としては、先ず、透光性ウエハ１００と素子形成ウエハ３００とを、素子形成ウエハ３００表面の固体撮像素子（図示せず）の形成領域と、透光性ウエハ１００表面の接着剤除去部分１００ａとが一致するように位置合わせし、接着剤２００を介して密着させる。その後、透光性ウエハ１００及び素子形成ウエハ３００の裏面側から互いに加圧し、適宜、加熱処理を施すなどして接着剤２００を硬化させて、透光性ウエハ１００と素子形成ウエハ３００とを接着する。以下、透光性ウエハ１００と素子形成３００との接合体を接合ウエハと称する。

接合ウエハにおいては、互いに貼り合わされた素子形成ウエハ３００及び透光性ウエハ１００の周縁部に残存する感光性接着剤（周縁残存接着剤２００ｂ）と、互いに隣接する素子形成領域の間に残存する感光性接着剤（素子形成領域間残存接着剤２００ａ）と、で囲まれた領域の形状（例えば図１１に示される１００ａ−３など）が、素子形成領域（固体撮像素子３２０が形成されている領域）の形状と一致しない。本実施例による接合ウエハの製造方法によって製造された接合ウエハは、外観上このような特徴を有する。

図６の（ｆ）は貼り合せ後の透光性ウエハ１００及び素子形成ウエハ３００の断面図である。当該断面は、図１１の一転鎖線Ａ２の部分に相当する。透光性ウエハ１００の外形と素子形成ウエハ３００の外形とはほぼ同形状であり、透光性ウエハ１００と素子形成ウエハ３００とは、その接着部の周縁全体に亘って周縁残存接着剤２００ｂにより接着されている。周縁残存接着剤２００ｂは接着部の周縁全体を覆うように形成されているため、透光性ウエハ１００と素子形成ウエハ３００とを接着した状態で流通過程に置いた場合にも、例えばゴミや破片などの異物あるいは薬品や溶液などの液体の接着部から固体撮像素子（図示せず）の形成領域への侵入、付着及びそれらによって生じるウエハの破損を防止する役割を果たす。また、ウエハの貼り合せ後、ウエハの切断（個片化）までの工程においては様々な薬液処理が施されるが、上記した如く周縁残存接着剤２００ｂが接着部の周縁全体を覆うように形成されているため、例えば貫通電極や配線の形成工程におけるリソグラフィ処理のレジストやウエハ表面の洗浄液などの薬液がウエハの周縁から固体撮像素子の形成領域へ侵入して残滓となることもない。

上記した処理により、ウエハ貼り合せ工程は完了する。図１２はウエハ個片化工程を表すフローチャートである。以下、図１２を参照しつつ、ウエハ個片化工程について説明する。

先ず、透光性ウエハ１００に貼り合わされた素子形成ウエハ３００を薄化するために、ウエハ研磨装置を用いて素子形成ウエハ３００の裏面を研磨する（ステップＳ２０１）。図１３の（ａ）は裏面研磨工程における素子形成ウエハ３００及び透光性ウエハ１００の断面図である。研磨量は、素子形成ウエハ３００に形成される固体撮像素子の素子形成深さやウエハレベルパッケージの構造上の要請等により決定されるが、素子形成ウエハ３００の厚さを例えば約１００μｍになるように研磨する。研磨面の平坦度や表面粗さは、後工程の処理に影響を与えない程度であれば良い。

研磨方法は通常のバックグラインド法による。このとき、グラインドによる圧力が矢印Ｙ１の方向に生じる。同図に示されるように、透光性ウエハ１００の周縁部と素子形成ウエハ３００の周縁部とは周縁残存接着剤２００ｂにより接着されており、周縁残存接着剤２００ｂがグラインドの圧力に抗する作用を奏するため、素子形成ウエハ３００の周縁部にグラインドによる圧力が加えられた場合でも、その周縁部からウエハの内側に亘って欠けやクラックが生じない。

次に、研磨された素子形成ウエハ３００に貫通電極４１０等を形成する（ステップＳ２０２）。図１３の（ｂ）は、貫通電極４１０等の形成工程における素子形成ウエハ３００及び透光性ウエハ１００の断面を表す断面図である。素子形成ウエハ３００の受光面側からその裏面側にかけて、例えば銅などの金属からなる貫通電極４１０を形成する。素子形成ウエハ３００の裏面側には、例えば半田などからなるＢＧＡ（Ball Grid Array）バンプなどの外部端子４２０を形成する。また、素子形成ウエハ３００に所望のパターニングを施した配線（図示せず）を形成し、固体撮像素子（図示せず）と貫通電極４１０とを電気的に接続する。同様に貫通電極４１０と外部端子４２０とを図示せぬ配線を介して電気的に接続する。貫通電極４１０や配線は、例えば通常のリソグラフィ及びエッチング処理により形成できる。素子形成ウエハ３００の内部又は表面にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）又はシリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）などの酸化膜（図示せず）を適宜形成し、素子形成ウエハ３００と貫通電極４１０及び外部端子４２０との絶縁性を確保する。

続いて、接着剤２００により互いに貼り合わされた透光性ウエハ１００及び素子形成ウエハ３００を切断し、個片化する（ステップＳ２０３）。図１１に示される領域Ｃ１の拡大図を図１４に示す。素子形成領域間残存接着剤２００ａのほぼ中央（同図中の一点差線Ｄ１、Ｅ１）に沿って、各個片の周辺部が素子形成領域間残存接着剤２００ａにより接着されているように、透光性ウエハ１００及び素子形成ウエハ３００を切断（ダイシング）し、個片化する。図１３の（ｃ）は、当該切断によって得られたガラス基板１１０と半導体チップ３１０との接合体の断面を表す断面図である。半導体チップ３１０の各々には固体撮像素子（図示せず）が形成されており、ガラス基板１１０の周縁部と半導体チップ３１０の周縁部とは接着剤２００により接着されている。

以上の処理によりウエハ個片化工程は完了する。当該工程完了後、ガラス基板１１０上にレンズ固定部５１０によりレンズ５２０を固定し、必要に応じてシールドケース６１０で覆うなどしてパッケージ化することにより半導体装置８００が完成する。

上記したように本実施例による半導体装置の製造方法によれば、透光性ウエハ１００の周縁部全体に亘って接着剤２００が残存するように露光する。後の貼り合せ工程では、透光性ウエハ１００の周縁部と素子形成ウエハ３００の周縁部とは周縁残存接着剤２００ｂにより貼り合わされる。

周縁残存接着剤２００ｂは接着部の周縁全体を覆うように形成されているため、透光性ウエハ１００と素子形成ウエハ３００とを接着した状態で流通過程に置いた場合にも、異物又は液体などが周縁部から固体撮像素子の形成領域へ侵入又は付着するのを防止し、また、それらによって生じるウエハの破損を防止することができる。また、周縁残存接着剤２００ｂは接着部の周縁全体を覆うように形成されているため、ウエハの貼り合せ後、ウエハの切断（個片化）までの工程において適宜施される薬液処理の薬液がウエハの周縁から固体撮像素子の形成領域へ侵入して残滓となることもない。それにより、ステッパーによりウエハを露光した場合においても、当該ウエハを個片化して得られた、ガラス基板で封止された半導体チップの製造歩留まりを向上させることができ、また、当該半導体チップを含む半導体装置の障害発生を減少させてその信頼性を向上させることができる。

素子形成ウエハ３００の裏面研磨工程においては、透光性ウエハ１００の周縁部と素子形成ウエハ３００の周縁部との間にあってこの両者を接着している周縁残存接着剤２００ｂがグラインドの圧力に抗する作用を奏するため、素子形成ウエハ３００の周縁部にグラインドによる圧力が加えられた場合でも、その周縁部からウエハの内側（素子形成領域のある部分）に亘って欠けやクラックが生じるのを防ぐことができる。それにより、ステッパーによりウエハを露光した場合においても、当該ウエハを個片化して得られた、ガラス基板で封止された半導体チップの製造歩留まりを向上させることができ、また、当該半導体チップを含む半導体装置の障害発生を減少させてその信頼性を向上させることができる。

周縁残存接着剤２００ｂの残存幅Ｓ２が、素子形成領域間残存接着剤２００ａの残存幅Ｗ２より大きく、さらには２倍以上とすることにより、裏面研磨工程において素子形成ウエハ３００に欠けやクラックを生じないようにする効果を高められる。また、コストの観点からは、残存幅Ｗ２が約０．５ｍｍであるのに対して残存幅Ｓ２を約１．０ｍｍ程度とするのが特に望ましい。

透光性ウエハ１００の表面に接着層を形成した場合、素子形成ウエハ３００の表面に形成されている固体撮像素子３２０の表面には接着層が形成されない。そのため、固体撮像素子３２０への接着剤２００の付着あるいは浸透などによって生じる固体撮像素子３２０の損傷や不良動作を回避することができ、信頼性の高い半導体装置を製造することができる。

透光性ウエハ１００と素子形成ウエハ３００とを接着した状態で市場に流通させても良いし、更にウエハの裏面研磨、電極等の形成、ウエハの切断などの工程を経て個片化した状態、若しくは、個片化して得られたガラス基板１１０と半導体チップ３１０との接合体をパッケージ化して得られた半導体装置８００の状態で流通させても良い。

本実施例は、透光性ウエハ１００の表面に接着剤２００を塗布したが、代わりに素子形成ウエハ３００の表面に接着剤２００又は感光性樹脂シートにより接着剤層を形成するようにしても良い。この場合、接着剤２００の露光及び現像処理は素子形成ウエハ３００上で同様に行われる。

本実施例は、ウエハ周縁の露光工程、素子形成領域の露光工程の順に行った場合の例であるが、露光順を逆にして、すなわち、素子形成領域の露光工程、ウエハ周縁の露光工程の順に行っても同様の効果が得られる。

本実施例は、半導体装置８００としてチップサイズパッケージのイメージセンサを製造したときの例であるが、例えば、照度センサやＵＶセンサなどのセンサ半導体装置でも良く、その他ガラス基板が接着された半導体チップをパッケージ内に有する半導体装置であれば適用可能である。

従来の現像処理後の透光性ウエハ及びその表面に残存する接着剤を表す図である。 従来の半導体装置製造方法によって透光性ウエハに接着された素子形成ウエハの裏面研磨ステップにおける断面図である。 本実施例による半導体装置の製造方法によって製造される半導体装置の断面図である。 ウエハ貼り合せ工程を表すフローチャートである。 複数の固体撮像素子が形成されている素子形成ウエハを表す図である。 ウエハ貼り合せ工程の各製造ステップにおける透光性ウエハ、素子形成ウエハ等の断面を表す断面図である。 ウエハ周縁の露光工程における透光性ウエハ及び周縁露光マスクを照射光側から見たときの図である。 ウエハ周縁の露光工程における露光後の透光性ウエハ及び接着剤を表す図である。 素子形成パターンマスクを表す図である。 素子形成領域の露光工程における透光性ウエハ及び素子形成パターンマスクを照射光側から見たときの図である。 本実施例による現像処理後の透光性ウエハ及びその表面に残存する接着剤を表す図である。 ウエハ個片化工程を表すフローチャートである。 ウエハ個片化工程の各製造ステップにおける透光性ウエハ、素子形成ウエハ等の断面を表す断面図である。 現像処理後の透光性ウエハの一部を拡大して表した図である。

符号の説明

１００ 透光性ウエハ
１００ａ 接着剤除去部分
１１０ ガラス基板
２００ 接着剤
２００ａ 素子形成領域間残存接着剤
２００ｂ 周縁残存接着剤
３００ 素子形成ウエハ
３１０ 半導体チップ
３２０ 固体撮像素子
４１０ 貫通電極
４２０ 外部端子
５１０ レンズ固定部
５２０ レンズ
６１０ シールドケース
７００ 素子形成パターンマスク
７００ａ 矩形パターン
７００ｂ 透過部
７１０ 周縁露光マスク
８００ 半導体装置

Claims (7)

1. 透光性ウエハ及び表面に素子形成領域を有する素子形成ウエハを準備するウエハ準備ステップと、
   前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハの表面にネガ型の感光性接着層を形成する接着層形成ステップと、
   前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに形成された感光性接着層の少なくとも一部を露光する接着層露光ステップと、
   前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに形成された感光性接着層を現像してその一部を除去する接着層現像除去ステップと、
   前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに残存する感光性接着層により当該透光性ウエハと前記素子形成ウエハとを貼り合せて接合ウエハを得るウエハ貼り合せステップと、を少なくとも含む接合ウエハの製造方法であって、
   前記接着層露光ステップは、
   前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに形成された感光性接着層の部分であって前記透光性ウエハと前記素子形成ウエハとを貼り合せた場合に前記素子形成領域に対応する部分が除去されるようにステッパーにより露光する素子形成領域露光ステップと、
   前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハの周縁部の感光性接着層が残存するように露光するウエハ周縁露光ステップと、からなることを特徴とする接合ウエハの製造方法。
2. 前記接着層露光ステップは、前記透光性ウエハの周縁部の感光性接着層の残存幅が、互いに隣接する前記素子形成領域の間の部分に対応する感光性接着層の残存幅よりも大きくなるように露光することを特徴とする請求項１に記載の接合ウエハの製造方法。
3. 前記透光性ウエハの周縁部の感光性接着層の残存幅が、互いに隣接する前記素子形成領域の間の部分に対応する感光性接着層の残存幅の２倍以上であることを特徴とする請求項２に記載の接合ウエハの製造方法。
4. 前記素子形成領域の間の部分に対応する感光性接着層の残存幅が０．５ミリメートル以上且つ前記透光性ウエハの周縁部の感光性接着層の残存幅が１．０ミリメートル以上であることを特徴とする請求項３に記載の接合ウエハの製造方法。
5. 前記接着層形成ステップは、前記透光性ウエハの表面に前記感光性接着層を形成することを特徴とする請求項１に記載の接合ウエハの製造方法。
6. 透光性ウエハ及び表面に素子形成領域を有する素子形成ウエハを準備するウエハ準備ステップと、
   前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハの表面にネガ型の感光性接着層を形成する接着層形成ステップと、
   前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに形成された感光性接着層の少なくとも一部を露光する接着層露光ステップと、
   前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに形成された感光性接着層を現像してその一部を除去する接着層現像除去ステップと、
   前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに残存する感光性接着層により当該透光性ウエハと前記素子形成ウエハとを貼り合せて接合ウエハを得るウエハ貼り合せステップと、
   前記接合ウエハを前記素子形成ウエハの側から研磨する研磨ステップと、
   当該素子形成ウエハの研磨面から前記素子形成領域に形成されている受光素子に電気的に接続されるように電極及び配線を形成する電極配線形成ステップと、
   当該透光性ウエハ及び当該素子形成ウエハを素子形成領域間残存接着剤に沿って切断するウエハ切断ステップと、を少なくとも含む半導体装置の製造方法であって、
   前記接着層露光ステップは、
   前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハに形成された感光性接着層の部分であって前記透光性ウエハと前記素子形成ウエハとを貼り合せた場合に前記素子形成領域に対応する部分が除去されるようにステッパーにより露光する素子形成領域露光ステップと、
   前記透光性ウエハ又は前記素子形成ウエハの周縁部の感光性接着層が残存するように露光するウエハ周縁露光ステップと、からなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 表面において互いに隣接して形成された複数の素子形成領域の各々が感光性接着層によって区画されて形成された素子形成ウエハと、前記感光性接着層によって前記表面と対向して前記素子形成ウエハに貼り付けられた透光性ウエハと、が互いに貼り合わされて構成された接合ウエハであって、
   前記感光性接着層は、前記素子形成ウエハ及び前記透光性ウエハの周縁部に沿って形成された第１の感光性接着層と、互いに隣接する前記素子形成領域の間に残存する第２の感光性接着層とからなり、前記第１の感光性接着層と前記第２の感光性接着層とで囲まれた領域の形状が、前記素子形成領域の形状と異なっており、
   前記第１の感光性接着層の幅は、前記第２の感光性接着層の幅よりも大きいことを特徴とする接合ウエハ。

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