JP5896810B2

JP5896810B2 - 半導体装置

Info

Publication number: JP5896810B2
Application number: JP2012081931A
Authority: JP
Inventors: 晴久齊藤; 芳隆只木
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2032-03-30
Also published as: JP2013211476A; US20130256839A1; US8963346B2

Description

本発明は、半導体ウエハ、より詳しくは、ウエハ直接接合に好適に用いることができる半導体ウエハおよびこの半導体ウエハを用いた半導体装置に関する。

従来、シリコンウエハを識別可能にするために、ウエハの周縁部にオリエンタルフラットやノッチ等の特定の形状を形成したり（例えば、特許文献１参照。）、レーザー等によりロット番号やウエハ番号等を刻印したりすることが知られている。オリエンタルフラットやノッチは、主にフォトリソ工程、プローブ工程等におけるウエハの位置決めに使用されている。また、レーザーによる刻印は、ロット番号とウエハ番号をウエハ表面もしくは裏面へ刻印することにより、工程毎のウエハ識別に使用されている。

特開平１１−２３３３８９号公報

しかしながら、レーザーによる刻印はプロセスフローの最初の工程で行われるので、工程が進むにつれて見えづらくなり、また研磨工程などの後には研磨により薄れて視認困難となるという問題があった。
さらに、近年ウエハ直接接合が行われているが、ウエハ表面のレーザー刻印は、ウエハ接合後に確認困難となるという問題がある。ウエハ裏面のレーザー刻印は、ウエハ接合後でも識別に利用可能であるが、例えばフォトダイオード等において光を入射させる為にウエハを薄くするバックグラインド（ＢＧ）工程等が行われると、やはり識別が困難になる。

また、特許文献１に記載のノッチ等においては、識別を可能にするために多数設けると、ノッチの部分からの工程中でのウエハ欠けや割れ、ハンドリングの難しさといった問題があり、さらに、材料の時点での加工が必要になる為、材料のコスト高につながる等の問題もある。
このように、より使い勝手の良いウエハの識別手段が求められている。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、ウエハ直接接合後でも容易に識別可能で、破損しにくい半導体ウエハを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、接合後でもウエハの識別が良好に行える半導体装置を提供することである。

本発明の半導体装置は、シリコンからなる円盤状のウエハ本体と、
前記ウエハ本体の周縁部に設けられ、一つ以上の溝を有する識別溝部と、
をそれぞれ備えた第一ウエハおよび第二ウエハを一体に接合することにより形成された半導体装置であって、
前記溝は、前記ウエハ本体の周縁に開口し、かつ前記ウエハ本体の厚み未満の深さを有するとともに、前記ウエハ本体の厚さ方向の一方の面であって前記第一ウエハおよび前記第二ウエハが互いに接合される接合面上に開口していることを特徴とする。
本発明の前記識別溝部は、前記第一ウエハおよび前記第二ウエハの種別に関する情報を表示する種別表示部と、それぞれの前記ウエハ本体に関する数字情報を表示する数字情報表示部とを有することができる。
本発明の前記数字情報表示部は、複数の領域を有し、前記領域ごとの溝のあるなしにより二進法で前記数字情報を表示することができる。
本発明の前記第二ウエハの識別溝部における種別表示部および数字情報表示部の並び順が前記第一ウエハの識別溝部における種別表示部および数字情報表示部の並び順と逆になっており、
前記第二ウエハの識別溝部と前記第一ウエハの識別溝部との位相が一致するように前記第一ウエハと前記第二ウエハとが接合されていることができる。
本発明の第一の態様は、シリコンからなる円盤状のウエハ本体と、前記ウエハ本体の周縁部に設けられ、一つ以上の溝を有する識別溝部とを備え、前記溝は、前記ウエハ本体の周縁に開口し、かつ前記ウエハ本体の厚み未満の深さを有することを特徴とする半導体ウエハである。

前記溝は、前記ウエハ本体の厚さ方向の一方の面であって他の半導体ウエハと接合される接合面上に開口してもよい。

前記識別溝部は、半導体ウエハの種別に関する情報を表示する種別表示部と、前記ウエハ本体に関する数字情報を表示する数字情報表示部とを有してもよい。
また、前記数字情報表示部は、複数の領域を有し、前記領域ごとの溝のあるなしにより二進法で前記数字情報を表示してもよい。

本発明の第二の態様は、本発明の半導体ウエハである第一ウエハおよび第二ウエハを一体に接合することにより形成された半導体装置であって、前記第二ウエハの識別溝部における種別表示部および数字情報表示部の並び順が前記第一ウエハの識別溝部における種別表示部および数字情報表示部の並び順と逆になっており、前記第二ウエハの識別溝部と前記第一ウエハの識別溝部との位相が一致するように前記第一ウエハと前記第二ウエハとが接合されていることを特徴とする。

本発明の半導体ウエハおよび半導体装置によれば、ウエハ直接接合後でも容易に識別可能で、破損しにくい構成とすることができる。

（ａ）は、本発明の一実施形態の第一ウエハを示す正面図、（ｂ）は、同第一ウエハの周縁の部分拡大図である。（ａ）は、本発明の一実施形態の第二ウエハを示す正面図、（ｂ）は、同第二ウエハの周縁の部分拡大図である。同第一ウエハと同第二ウエハとが接合されて形成された半導体装置の周縁を示す部分拡大図である。

本発明の一実施形態について、図１（ａ）から図３を参照して説明する。
図１（ａ）は、本実施形態の半導体ウエハである第一ウエハ１を示す正面図である。第一ウエハ１は、シリコンからなる円盤状のウエハ本体１０と、ウエハ本体１０の周縁に設けられた識別溝部２０とを備えている。

ウエハ本体１０は、厚さ方向の一方の面が接合面１０Ａとなっており、接合面１０Ａ上の所定の領域には、図示しない複数の電極および当該電極と接続された配線が形成されている。これにより、第一ウエハ１は、全体として配線基板として機能する。また、ウエハ本体１０の周縁の一か所には、位置合わせ用のノッチ１１が形成されている。

図１（ｂ）は、第一ウエハ１の周縁の部分拡大図である。識別溝部２０は、接合面１０Ａおよびウエハ本体１０の周縁に開口する複数の溝を含んで構成されており、範囲表示部２１、種別表示部２２、および識別番号表示部（数字情報表示部）２３を備えている。

範囲表示部２１は、識別溝部２０の範囲を示すもので、開始溝２１Ａと終了溝２１Ｂとからなる。種別表示部２２は、溝のあるなしにより、ウエハの種別を表示する。本実施形態では、半導体素子が形成されたフォトダイオード（ＰＤ）側ウエハおよび配線のみ形成された半導体素子のないリードアウト（ＲＯ）側ウエハのいずれであるかを示すのに用いられ、ＰＤ側ウエハの場合に溝が設けられる。第一ウエハ１は、ＲＯ側ウエハであるため、種別表示部２２には溝は形成されていない。

識別番号表示部２３は、ウエハ本体に関する数字情報の一つであるウエハの識別番号を示すもので、溝を形成可能な５つの領域２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ、および２３Ｅを有する。識別番号表示部２３は、各領域において溝ありを１、溝なしを０とし、種別表示部２２に近い側を１の位とした数字を示すことで、ウエハの識別番号（通常１から２５）を二進法で示している。なお、図では、各領域をわかりやすくするために識別番号表示部２３のすべての領域に溝を形成して示している。

図２（ａ）は、第一ウエハ１とウエハ直接接合によって接合される第二ウエハ２の正面図であり、図２（ｂ）は、第二ウエハ２の周縁の部分拡大図である。
第二ウエハ２は、第一ウエハ１と同様に、ウエハ本体１０を有しているが、接合面１０Ａ上に、電極および配線に加えて、画素としての半導体素子（不図示）が多数設けられたＰＤ側ウエハである点が異なっている。

第二ウエハ２における識別溝部２０Ａの基本的な構成は、第一ウエハ１の識別溝部２０と同様であるが、識別溝部２０Ａの各部の並び順は、識別溝部２０と逆になっている。すなわち、接合面１０Ａを上側にした状態において、識別溝部２０Ａの開始溝２１Ａは、図２（ｂ）に示すように最も右側に位置し、続いて種別表示部２２が、さらに識別番号表示部２３が溝２３Ａから並び、最も左側に終了溝２１Ｂが位置している。なお、第二ウエハ２はＰＤ側ウエハであるため、種別表示部２２には、溝２２Ａが形成されている。また、開始溝２１Ａと終了溝２１Ｂとの間の距離は、識別溝部２０と同一であり、ウエハ本体の周縁に占める識別溝部の範囲は、第一ウエハ１と第二ウエハ２とで同一とされている。

各識別溝部における溝の幅（ウエハ本体の周縁における面方向の寸法）や深さ（ウエハ本体の厚さ方向における寸法）は、使用者が目視で正確に視認できる範囲で適宜設定することができる。また、ウエハ本体がＢＧ工程等により後で薄くなる場合は、最も薄くなった状態においても溝がウエハ本体を厚さ方向に貫通しないように溝の深さが設定される。ウエハ本体の接合面に積層による立体配線の層が形成されている場合は、溝の深さが配線層内にとどまり、シリコン部分に達しない程度に設定されてもよい。
また、溝の形成方法には特に制限はなく、例えばレーザーで刻印してもよいし、エッチング等により形成してもよい。

互いの接合面１０Ａを対向させ、かつ電極の位置合わせと識別溝部２０および２０Ａの位相合わせを行った状態で、第一ウエハ１と第二ウエハ２とを接合させ、加熱および加圧等を行うと、第一ウエハ１の電極と第二ウエハ２の電極とが電気的に接合され、固体撮像装置（半導体装置）１００となる。

図３は、固体撮像装置１００の周縁を示す部分拡大図である。識別溝部２０Ａの各部が識別溝部２０と逆に並んでいるため、第一ウエハ１と第二ウエハ２との接合後において、２つの識別溝部２０、２０Ａの各部の位置が一致している。
したがって、使用者は、固体撮像装置１００の周縁の一か所を見るだけで、接合された二枚の半導体ウエハの種別および識別番号等を容易に認識できる。さらに、第一ウエハと第二ウエハの識別番号が同一であるか否かを、識別番号表示部２３を見ることにより直感的に判断することができる。

以上説明したように、本実施形態の第一ウエハ１および第二ウエハ２によれば、ウエハ本体１０の周縁に開口する溝を有した識別溝部２０、２０Ａを備えているため、２枚の半導体ウエハが接合されて固体撮像装置１００となった後でも、周縁を確認することで、容易にウエハの識別を行うことができる。

また、ノッチやオリエンタルフラット等と異なり、厚さ方向にみたウエハ本体の形状を変化させないため、形状が変化した部位に応力が集中して破損する等の不具合を起こしにくく、ウエハ本体の破損を好適に抑制することができる。

また、識別番号表示部２３では、複数の溝を用いて数字を示すことができるため、識別番号等のウエハに関する数字情報を好適に表示することができる。

また、識別溝部の溝の深さは、ウエハ本体を厚さ方向に貫通しないように設定されている。ウエハ直接接合においては、接合後に電極等の保護のためにウエハ間の間隙に樹脂等を注入することがあるが、本実施形態の半導体ウエハでは、溝が厚さ方向に貫通していないため、樹脂が溝を通って接合面と反対側の裏面に回り込むことがない。

さらに、識別溝部の溝をレーザーやエッチング等により形成する場合、配線基板や半導体装置の製造工程中に形成することができるため、あらかじめシリコンのインゴットに加工を行う必要がなく、簡便である。

また、各識別溝部が範囲表示部２１を備えているため、使用者は識別情報の範囲を正確に把握できるとともに、範囲表示部を位相合わせの指標として利用することができる。

さらに、第一ウエハ１と接合される第二ウエハ２の識別溝部２０Ａでは、第一ウエハの識別溝部２０と各部の並びが逆になっているため、接合時において識別溝部の各部の並びが一致する。したがって、上下の半導体ウエハの情報を同一の態様で認識することができ、容易かつ正確に情報を取得することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成要素の組み合わせを変えたり、各構成要素に種々の変更を加えたり、削除したりすることが可能である。

例えば、識別溝部には、上述した以外の情報が表示されてもよい。例えば、配線基板や半導体装置としてのロット番号等は、識別番号と同様の態様で数字として表示することができる。このとき、表示方法は上述の二進法に限られず、他の方法が用いられてもよい。

また、溝のあるなしに代えて、溝の数や形状（Ｖ溝、ハーフパイプ状溝等）によって情報を表示してもよい。また、各部で溝の形状を変えることで、当該溝が表示する情報を直感的に認識可能にしてもよい。

さらに、半導体ウエハの接合面に、複数の単位領域が設けられ、所定の半導体素子および配線パターンが各単位領域に形成されてもよい。このようにすると、接合後の半導体ウエハを単位領域ごとに切り出すことにより、複数の半導体装置を製造することができる。

１第一ウエハ（半導体ウエハ）
２第二ウエハ（半導体ウエハ）
１０ウエハ本体
２０、２０Ａ識別溝部
２１範囲表示部
２１Ａ開始溝（溝）
２１Ｂ終了溝（溝）
２２種別表示部
２２Ａ溝
２３識別番号表示部（数字情報表示部）
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ、２３Ｅ溝
１００固体撮像装置（半導体装置）

Claims

シリコンからなる円盤状のウエハ本体と、
前記ウエハ本体の周縁部に設けられ、一つ以上の溝を有する識別溝部と、
をそれぞれ備えた第一ウエハおよび第二ウエハを一体に接合することにより形成された半導体装置であって、
前記溝は、前記ウエハ本体の周縁に開口し、かつ前記ウエハ本体の厚み未満の深さを有するとともに、前記ウエハ本体の厚さ方向の一方の面であって前記第一ウエハおよび前記第二ウエハが互いに接合される接合面上に開口していることを特徴とする半導体装置。
前記識別溝部は、前記第一ウエハおよび前記第二ウエハの種別に関する情報を表示する種別表示部と、それぞれの前記ウエハ本体に関する数字情報を表示する数字情報表示部とを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
前記数字情報表示部は、複数の領域を有し、前記領域ごとの溝のあるなしにより二進法で前記数字情報を表示することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
前記第二ウエハの識別溝部における種別表示部および数字情報表示部の並び順が前記第一ウエハの識別溝部における種別表示部および数字情報表示部の並び順と逆になっており、
前記第二ウエハの識別溝部と前記第一ウエハの識別溝部との位相が一致するように前記第一ウエハと前記第二ウエハとが接合されている
ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。