CN101442064A - 半导体器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明在半导体元件(6)的电极部(3)上形成突起部(4)，是与该突起部(4)抵接的结构，用粘接剂(8)将光学构件(7)固定于半导体元件(6)上。

Description

半导体器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于数码照相机和手机等中的半导体器件，例如半导体摄像元件、光电IC等的光接收元件；或LED、激光等的发光元件，及其制造方法。

技术背景

近年来，随着电子设备的小型化、薄型化且轻量化，提高了对半导体器件的高密度封装化的要求。进一步地，提出了与因微细加工技术的进步所产生的半导体元件的高集成化相结合、直接对芯片尺寸封装或裸芯片的半导体元件进行封装的、所谓的芯片封装技术的方案。

例如，作为半导体器件的已有技术(例如参照WO2005/022631号公报)，有在半导体摄像元件中利用粘接剂将透明板贴合到半导体元件的摄像区域上、来实现半导体摄像元件的薄型化与低成本化的元件结构及制造方法。

如图3所示，该方法是在具有摄像区域21的半导体元件22上，利用粘接剂23固定玻璃等保护构件24，在半导体元件22的电极25的正下方形成贯通孔26，在贯通孔26内壁及半导体元件22的背面形成绝缘层27以后，利用导体层28电连接电极25与形成于半导体元件22的背面的外部电极30，通过这样得到半导体摄像元件。这样，半导体摄像元件的外形尺寸与半导体元件22等同，实现了与所谓芯片尺寸同等的小型化。

但是，上述那样的已有的半导体器件的情况中，产生如下问题，作为在半导体元件形成贯通孔的方法，采用等离子体蚀刻或RIE(Reactive IonEtching：反应离子蚀刻)等的干法蚀刻，但半导体晶片的厚度约为50～200μm左右，由于需要蚀刻这样的深度，在制造工序中需要较多的时间，结果成为产品成本高的主要原因。

另外，产生如下问题，由于贯通孔的长宽比大，在贯通孔形成之后的工序中在贯通孔内形成绝缘膜时，绝缘膜的厚度在贯通孔的底侧变薄，在贯通孔内利用电镀处理形成导体层时，电镀液不易浸入贯通孔底面附近从而导体层形成得不均匀，作为产品得不到所要的电气特性，发生成品率的下降等，与上述同样地，结果成为作为产品成本高的主要原因。

发明内容

本发明为解决上述已有的问题，其目的在于提供缩短制造工序所需要的时间，并且能抑制产品成品率的下降，既能抑制产品的成本上升，又可实现高可靠性且产量高的元件结构的半导体器件及其制造方法。

为解决上述问题，本发明的半导体器件中，具有在1主面形成连接突起部的多个电极部的半导体元件；及对前述半导体元件利用透明粘接构件进行粘接的光学部件、使其覆盖前述突起部和前述电极部，前述光学构件与前述突起部连接，前述透明粘接构件的相对于应力的位移量相比前述突起部要大，而且，前述多个电极部通过形成于前述半导体元件的导通用贯通孔，与形成于前述半导体元件的另一面的外部电极电连接。

另外，本发明的半导体器件的制造方法中，具有：在半导体晶片内假想等间隔地分割、形成多个半导体元件的工序；在前述半导体晶片的1主面上对每个半导体元件形成多个电极部的工序；将突起部连接到每个电极部的工序；对前述半导体晶片利用透明粘接构件粘接光学构件、使其覆盖前述电极部和前述突起部且与前述突起部连接的工序；研磨前述半导体晶片的另一面的工序；在前述半导体晶片的另一面的前述电极部正下方附近形成导通用贯通孔的工序；在前述导通用贯通孔的内壁和半导体晶片的另一面形成绝缘膜的工序；通过在前述导通用贯通孔内壁的绝缘膜上和与导通用贯通孔内壁连接的前述半导体晶片的另一面的绝缘膜上的一部分形成导体层、以前述导体层的前述半导体晶片的另一面一侧作为外部电极，通过前述导体层与前述电极部进行电连接的工序；及通过将前述半导体晶片按每个半导体元件进行分割切断、使半导体器件单片化的工序。

根据上述，半导体元件研磨时的加压力通过突起部，在电极部正下方的半导体元件部加压力变高，研磨后该部分局部地变薄。

因此，在半导体元件的研磨后形成导通用贯通孔时，能缩短蚀刻时间，可提供成本低的产品。

另外，由于半导体元件与光学构件的粘接结构是突起部成为衬垫的结构，因此透明粘接构件固化时的收缩应力起作用，使用该半导体器件时，即使周围温度上升，透明粘接构件的厚度也不发生变化，能够提高光学特性的品质。

另外，本发明的半导体器件其在上述半导体器件中，前述导通用贯通孔位于前述电极部的正下方，作为前述导通用贯通孔的侧面与前述半导体元件的前述1主面形成的角度，在1个导通用贯通孔中具有2个不同的角度。

另外，本发明的半导体器件其在上述半导体器件中，前述导通用贯通孔位于前述电极部的正下方，作为前述导通用贯通孔的侧面与前述半导体元件的前述1主面形成的角度，在1个导通用贯通孔中具有2个不同的角度，这些角度中，靠近前述半导体元件的另一面一侧的前述导通用贯通孔的侧面所形成的角度较小。

另外，本发明的半导体器件的制造方法其在上述半导体器件的制造方法中，研磨前述半导体晶片的另一面时，在前述突起部正下方的前述半导体晶片形成成为前述导通用贯通孔的一部分的凹部。

另外，本发明的半导体器件的制造方法其在上述半导体器件的制造方法中，使前述导通用贯通孔位于前述电极部的正下方，作为前述导通用贯通孔的侧面与前述半导体元件的前述1主面形成的角度，前述凹部的侧面与前述导通用贯通孔的凹部以外的部分是不同的角度。

另外，本发明的半导体器件的制造方法其在上述半导体器件的制造方法中，使前述导通用贯通孔位于前述电极部的正下方，作为前述导通用贯通孔的侧面与前述半导体元件的前述1主面形成的角度，前述凹部的侧面与前述导通用贯通孔的凹部以外的部分是不同的角度，前述凹部的该角度较小。

根据上述，研磨时所形成的半导体元件的凹部成为研钵形状，形成导体层时的电镀液容易浸入导通用贯通孔内部，能提高电镀处理中的成品率。

另外，本发明的半导体器件其在上述半导体器件中，前述突起部是对形成于由Au构成的金属细线的前端的球形金属进行接合的结构。

另外，本发明的半导体器件的制造方法其在上述半导体器件的制造方法中，前述突起部是对形成于由Au构成的金属细线的前端的球形金属进行接合的结构。

根据上述，可容易地对半导体元件的电极部形成突起部，能够实现成本低的产品。

如上所述，根据本发明，形成突起部、该突起部具有相比将光学构件固定于半导体元件的电极部的透明粘接构件的刚性要大的刚性，通过这样使研磨半导体元件时的加压力通过突起部、集中于电极部正下方的半导体元件部，研磨后该部分局部地变薄。

由此，在研磨半导体元件后形成导通用贯通孔时，能缩短蚀刻时间，能够提供成本低的产品。

另外，研磨时所形成的半导体元件的凹部为研钵形状，形成导体层时的电镀液容易浸入导通用贯通孔内部，能得到电镀处理的成品率高的产品。

另外，由于半导体元件与光学构件的粘接结构是突起部成为衬垫的结构，因此透明粘接构件固化时的收缩应力起作用，使用该半导体器件时，即使周围温度上升，透明粘接构件的厚度也不发生变化，能够提高光学特性的品质。

上述的结果，使制造工序所需要的时间缩短，并且作为产品能抑制成品率的下降，既能抑制产品的成本上升，又可实现高可靠性且产量高的元件结构。

附图说明

图1示出本发明的实施方式的半导体器件的制造方法的工序类别的概要剖视图。

图2示出本发明的实施方式的半导体器件中的导通用贯通孔部分的详细图。

图3示出已有的半导体器件的结构剖视图。

图4A示出作为本发明的实施方式的半导体器件用于发光元件的LED时的结构例的俯视图。

图4B示出作为本发明的实施方式的半导体器件用于发光元件的LED时的结构例的剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图具体说明表示本发明的实施方式的半导体器件及其制造方法。此外，附图中标注相同标号的部分，有时也省略其说明。另外，附图中为易于理解，以各自的构成要素为主体图解表示，并未正确地表示其形状等。

首先，作为本实施方式的半导体器件，以光接受元件的一种的半导体摄像元件为例进行说明。

图1示出作为本发明的实施方式的半导体器件的半导体摄像元件的制造方法的工序类别的概要剖视图。图2是作为本发明的实施方式的半导体器件的半导体摄像元件中的导通用贯通孔部分的详细图。

图1和图2中，1为半导体晶片，2为摄像区域，3为电极部，4为突起部，5为切断线，6为半导体元件，7为光学构件，8为粘接剂(透明粘接构件)，9为凹部，10为贯通孔，11为贯通孔导体部(导体层)，12为外部电极(导体层)，13为焊锡球，14为绝缘膜，15为导通用贯通孔。

首先，如图1所示，在半导体晶片内假想等间隔地分割，形成多个半导体元件6，在各半导体元件6上的预定位置配置形成摄像区域2和电极部3。接着，在半导体元件6上的电极部3形成突起部4。此处，作为半导体晶片1，例如使用由硅、锗或化合物半导体材料(例如GaAs、InP、GaN、SiC等)等构成，厚度为200～800μm左右，尺寸为2英寸Φ～15英寸Φ左右的圆盘形的半导体基板。

对电极部3的突起部4的形成方法，是称之为所谓碰珠的方法，用引线接合器，以超声波热压等方法将形成于Au金属细线(Au丝)前端的球形突起物接合到半导体元件6上的电极部3。所用的Au丝的直径为15～30μmΦ左右，形成于Au丝前端的球形突起物的尺寸为30～90μmΦ左右。Au的球形突起物重量为10～100g左右，加热温度为80～150℃左右。如此形成的突起部4的尺寸，其直径为40～150μm左右，厚度为10～80μm左右。

根据该方法，由于能非常高精度地形成突起部4的尺寸，所以此后能使粘接到半导体元件6上的光学构件7与半导体元件6上的摄像区域2之间的距离均匀，作为半导体摄像元件能得到偏差较小的高品质的结构。另外，作为突起部4的其他形成方法，还有利用电镀将Ni、Au、Cu等形成于电极部3的方法，和利用光刻技术将感光性树脂有选择地形成于电极部3上的方法。在任一种形成方法中，该突起部4其刚性都大于此后粘接光学构件7的粘接剂8。

即，粘接剂8的相对于应力的位移量大于突起部4而构成。如本实施例那样，通过采用Au等金属，突起部4的弹性模数为10GPa～300GPa左右，粘接剂8通常是不含填充料的环氧、硅、丙烯系等，其弹性模数通常为0.01～10GPa左右，因此容易使粘接剂8的相对于应力的位移量较大。

接着，如图1(b)所示，利用粘接剂8对半导体晶片1固定玻璃等光学构件7，使其覆盖形成于半导体晶片1内的各半导体元件6上的摄像区域。光学构件7的材质是玻璃或树脂等，厚度为0.05～1.0mm左右。光学构件7的尺寸与半导体晶片1相同，为2英寸Φ～15英寸Φ左右。粘接剂8为环氧、硅、丙烯系等的树脂。

对于固定光学构件7的方法，首先，将粘接剂8涂布到半导体晶片1上。作为涂布的方法，有利用滴涂器的涂布、或印刷方法、利用旋转器的旋转涂布等的方法。然后，将光学构件7设置于半导体晶片1上。此时，加压光学构件7，使光学构件7与突起部4连接。

上述的突起部4的形成方法，是在设置光学构件7之前将突起部4形成于电极部3的方法，但也可为在设置光学构件7时，将预先形成在位于电极部3的部分的突起部4设置到半导体晶片1的方法。

另外，作为将粘接剂8涂布到半导体晶片1的顺序，说明了在涂布粘接剂8之后设置光学构件7的方法，但也可为在涂布粘接剂8之前，将光学构件7设置到半导体晶片1，临时固定后，将粘接剂8注入到在由突起部4形成的、半导体晶片1与光学构件7之间的间隙中的方法。此时，通过在真空中注入，能在不发生气泡的短时间内将粘接剂8形成于半导体晶片1上。

接着，固化完成粘接剂8。对于粘接剂8的固化方法，在粘接剂8为紫外线固化型的情况中，可通过光学构件7对粘接剂8照射紫外线来进行。另外，在粘接剂8为热固化型的情况中，通过利用固化炉、加热板、红外线灯等加热粘接剂8到50～200℃，使其固化。

接着，如图1(c)所示，研磨半导体晶片1的背面，减小半导体晶片1的厚度。研磨后的半导体晶片1的厚度为10～500μm左右。半导体晶片1的研磨，利用一边加压半导体晶片1一边旋转的磨具进行机械研磨，或干法蚀刻等方法来进行。进行机械研磨时，由于是突起部4其刚性大于粘接剂8的构成，所以因加压半导体晶片1所引起的负重，集中加到突起部4的正下方的半导体晶片1部，因此，突起部4的正下方的半导体晶片1的研磨量比其他区域的研磨量要多，由此在半导体晶片1中突起部4的正下方形成凹部9。凹部9的直径为10～200μm，深度为3～100μm左右。

接着，如图1(d)所示，半导体晶片1中，在半导体元件6的电极部3的正下方形成达到电极部3的贯通孔10。对于贯通孔10的形成方法，在半导体晶片1的背面有选择地形成抗蚀剂等，利用等离子体蚀刻或湿法蚀刻等将半导体晶片1背面露出的部分进行蚀刻。此时，也除去存在于电极部3下部的Si或绝缘膜，露出电极部3的背面。

另外，此时，由于研磨时在半导体元件6的电极部3的正下方的半导体晶片1部形成凹部9，所以作为形成贯通孔10时的蚀刻时间，可在短时间内完成，能提供成本低的半导体摄像元件，并且由于贯通孔10的深度浅，可减小贯通孔10的直径，在结构上也容易微细化，对电极部3的多引脚化也有效。另外，此时可得到含有贯通孔10和凹部9的导通用贯通孔15。

接着，如图1(e)所示那样，虽未图示，在半导体晶片1的凹部9内部及贯通孔10的内壁及半导体晶片1的整个背面，形成硅氧化膜等的绝缘膜之后，利用光蚀刻等方法除去位于贯通孔10底部的绝缘膜。然后，在凹部9内部、贯通孔10内部及半导体晶片1的背面有选择地形成导体层11、12。导体层12成为外部电极12，在该区域形成焊锡球13。

图2是导通用贯通孔15部分的详细剖视图，作为上述图1(e)中说明的绝缘膜14的形成方法，通过使用等离子体CVD(化学气相沉积)的硅氧化膜形成方法、或旋转涂布的聚酰亚胺等的树脂形成方法，可容易地进行。

万一绝缘膜14也形成在贯通孔10的底部，所以需利用光刻法有选择地形成光致抗蚀剂之后，利用等离子体蚀刻或湿法蚀刻等除去位于贯通孔10的底面的绝缘膜。

对导通用贯通孔15的导体层11的形成，利用溅射法等蒸镀Ti/Cu膜之后，采用由电解电镀形成Ni、Cu、Au等的金属膜的方法等。金属膜的厚度为0.1～2μm左右。在用溅射法的金属膜蒸镀前，利用干法蚀刻或湿法蚀刻将导通用贯通孔15底面的电极部3蚀刻得薄些，使得贯通孔10底面的电极部3与蒸镀的金属膜能以低电阻连接。此时，由于电极部3的厚度薄到1μm左右，即使导通用贯通孔15底面的电极部3因过蚀刻消失，也还有突起部4，所以不发生成品率的下降。

然后，利用电镀形成导体层11。电镀使用电解电镀、无电解电镀等方法。此时，由于贯通孔10形成于凹部9的底部，所以长宽比小，电解液也容易浸入贯通孔10的内部，因此能容易地对贯通孔10内部进行导体层11的形成。图1中，导体层11是充填贯通孔10及凹部9的整个内部的结构，但也可为只充填贯通孔10的内壁、凹部9的内表面所形成的结构。

接着，如图1(f)所示，通过沿切断线5将半导体晶片1分离成单个的半导体元件6，使半导体摄像元件单片化。对于半导体摄像元件从半导体晶片1的分离，使用利用切割法等同时切断光学构件7与半导体晶片1的方法等。

完成后的半导体摄像元件，由于粘接剂8是至少在厚度方向上具有收缩应力的结构，因此，以后因装入设备后的周围温度变化不会使光学构件7与半导体元件6的摄像区域面间的尺寸发生变化，其光学特性的品质优良。

至此，作为半导体器件，以一种光接收元件的半导体摄像元件为例加以说明，但作为光接收元件，除半导体摄像元件之外，虽未图示，还可举出光电IC等作为一个例子。

此外，上述的实施方式中，作为半导体器件，以半导体摄像元件或光电IC等的光接收元件的情况为例加以说明，但作为发光元件的一种，在具有平面形状如图4A所示、图4A中箭头所指的剖面形状如图4B所示那样的结构、并在光学构件7与半导体元件6之间形成发光区域HR1的LED、或未图示的激光器发光元件等的情况中，也能够同样地实施，可得到同样的效果。

Claims (9)

1.一种半导体器件，其特征在于，具有：

在1主面形成有连接突起部的多个电极部的半导体元件；以及

对所述半导体元件利用透明粘接构件进行粘接的光学构件、使其覆盖所述突起部和所述电极部，

所述光学构件与所述突起部连接，

所述透明粘接构件的相对于应力的位移量相比所述突起部要大，

而且，所述多个电极部通过形成于所述半导体元件的导通用贯通孔，与形成于所述半导体元件的另一面的外部电极电连接。

2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，

所述导通用贯通孔位于所述电极部的正下方；

作为所述导通用贯通孔的侧面与所述半导体元件的所述1主面形成的角度，在1个导通用贯通孔中具有2个不同的角度。

3.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，

所述导通用贯通孔位于所述电极部的正下方，

作为所述导通用贯通孔的侧面与所述半导体元件的所述1主面形成的角度，在1个导通用贯通孔中具有2个不同的角度，

这些角度中，靠近所述半导体元件的另一面一侧的所述导通用贯通孔的侧面所形成的角度较小。

4.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，

所述突起部是对形成于由Au构成的金属细线的前端的球形金属进行接合的结构。

5.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，具有：

在半导体晶片内假想等间隔地分割、形成多个半导体元件的工序；

在所述半导体晶片的1主面上对每个半导体元件形成多个电极部的工序；

将突起部连接到每个电极部的工序；

对所述半导体晶片利用透明粘接构件粘接光学构件、使其覆盖所述电极部和所述突起部且与所述突起部连接的工序；

研磨所述半导体晶片的另一面的工序；

在所述半导体晶片的另一面的所述电极部正下方附近形成导通用贯通孔的工序；

在所述导通用贯通孔的内壁和所述半导体晶片的另一面形成绝缘膜的工序；

通过在所述导通用贯通孔内壁的绝缘膜上和与导通用贯通孔内壁连接的所述半导体晶片的另一面的绝缘膜上的一部分形成导体层、以所述导体层的所述半导体晶片的另一面一侧作为外部电极、通过所述导体层与所述电极部进行电连接的工序；及

通过将所述半导体晶片按每个半导体元件进行分割切断、使半导体器件单片化的工序。

6.如权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，在研磨所述半导体晶片的另一面时，在所述突起部正下方的所述半导体晶片形成成为所述导通用贯通孔的一部分的凹部。

7.如权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，

使所述导通用贯通孔位于所述电极部的正下方，

作为所述导通用贯通孔的侧面与所述半导体元件的所述1主面形成的角度，所述凹部的侧面与所述导通用贯通孔的凹部以外的部分是不同的角度。

8.如权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，

使所述导通用贯通孔位于所述电极部的正下方，

作为所述导通用贯通孔的侧面与所述半导体元件的所述1主面形成的角度，所述凹部的侧面与所述导通用贯通孔的凹部以外的部分是不同的角度，所述凹部的该角度较小。

9.如权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，

所述突起部是对形成于由Au构成的金属细线的前端的球形金属进行接合的结构。

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