CN102144292A - 半导体装置以及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种半导体装置以及其制造方法，该半导体装置具备成本低且可靠性以及批量生产能力高的元件结构。半导体装置(100)，具备：基板(101)，包括摄像区域(102)，并具备第一主面和第二主面；电极部(103)，被形成在第一主面上；外部电极(109)，被形成在第二主面上；导体层(108)，被形成在贯穿基板(101)的贯穿孔中，使电极部(103)和外部电极(109)电连接；光学部件(105)，被形成在第一主面的上方，具备具有凸形的凸形面；以及透光材料(106)，被粘接到光学部件(105)以覆盖凸形，透光材料(106)的上面平坦。

Description

半导体装置以及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体装置以及其制造方法，该半导体装置具备用于电子相机、移动电话等的半导体元件，例如摄像元件、光IC(IntegratedCircuit：集成电路)等受光元件。
背景技术
近些年，对于电子设备要求小型化、薄型化及轻量化的同时，对半导体装置的高密度安装化的要求也越来越强烈。而且，再加上微加工技术的进步导致的半导体元件的高度集成化，有提出芯片尺寸封装(chip sizepackage)或直接安装裸芯片(bare chip)的半导体元件的所谓芯片安装技术。
例如，专利文献1中记载的元件结构以及其制造方法是，在半导体摄像元件中以粘接剂将透明板粘贴到半导体元件的摄像区域上，试图以此来实现半导体摄像元件的薄型化和低成本化。
图6是示出专利文献1中记载的半导体装置400的结构的截面图。该图的半导体装置400中，在基板401上形成有半导体芯片402和透镜片403。另外，半导体芯片402，分别通过环氧树脂层404以及405，被形成在基板401与透镜片403之间。
基板401具备从背面向表面贯穿的槽406以及多个球形***407。并且，基板401的背面形成有使连接端子408与球形***407电连接的导线(conductor pattern)409。
半导体芯片402通过环氧树脂层404被设置在基板401上，并包括被设置为从槽406露出的连接端子408，且包括摄像元件部(图中未示出)。透镜片403通过环氧树脂层405形成在半导体芯片402上，并包括具有凸形的摄像透镜部410。
通过以上的构成来实现半导体装置400的小型化。
专利文献1：(日本)特开2007-12995号公报
然而，上述的以往的半导体装置，例如在向电子设备基板安装时引起吸附失误等安装不良。因此，上述以往的技术有成品率低、成本高而可靠性及批量生产能力低的课题。
例如，如图6所示的专利文献1中记载的半导体装置400的情况下，透镜片403具备摄像透镜部410，该摄像透镜部410具有向半导体装置400的厚度方向凸出的凸形。因此，透镜片403成为向电子设备基板安装半导体装置400时引起吸附失误等安装不良的原因。
并且，为了达到半导体装置400本身的薄型化而通过磨削等使半导体装置400的球形***面薄型化时，透镜片403的凸形也成为造成对半导体装置400吸附困难而不能使半导体装置400薄型化的原因。
发明内容
为此，本发明为了解决上述以往的问题点，目的在于提供一种半导体装置以及其制造方法，其抑制成品率的降低、抑制产品的成本的提高且可靠性以及批量生产能力高。
为了解决上述课题，本发明的半导体装置，具备：半导体元件，包括将光转换为电信号的摄像区域，并具备第一主面和作为该第一主面的相反一侧的面的第二主面；第一电极，被形成在所述第一主面上；第二电极，被形成在所述第二主面上；导体部，被形成在贯穿所述半导体元件的贯穿孔中，通过使所述第一电极和所述第二电极电连接，从而将来自所述摄像区域的所述电信号从所述第一电极传到所述第二电极；光学部件，被形成在所述第一主面的上方，具备具有凸形的凸形面，并通过该凸形使光折射；以及透光材料，被粘接到所述光学部件以覆盖所述凸形，在所述光学部件与所述透光材料这两方之中，位于上方的上面平坦。
据此，因为光学部件与透光材料这两方之中，位于上方的上面平坦，因此在安装零件时等需要吸附保持半导体装置时，能够容易地吸附保持。因此，能够容易地制造本发明的半导体装置，而能够防止成品率的降低以及产品的成本的提高。并且，通过具备具有凸形的光学部件，从而能够有效地将外光聚光到摄像区域，能够使半导体装置本身小型化。
并且，可以是，所述凸形是向上方凸出的凸形，所述透光材料，被形成在所述光学部件的上方，并在与所述光学部件粘接的粘接面的相反一侧具备平坦面。
据此，通过在具有凸形的光学部件上粘接具有平坦面的透光材料，从而能够在向电子设备基板安装时，容易吸附保持半导体装置，从而能够削减制造成本。并且，通过磨削等来加工半导体的第二主面一侧时，能够吸附保持透光材料的表面，因此能够容易地使半导体装置薄型化。
并且，可以是，所述凸形是向下方凸出的凸形，所述光学部件，被形成在所述透光材料的上方，并在所述凸形面的相反一侧具备平坦面。
据此，因为光学部件的凸形面的相反一侧的面平坦，因此，例如在向电子设备基板安装时，能够容易地吸附保持半导体装置。
并且，可以是，所述透光材料的折射率，大于空气的折射率且小于所述光学部件的折射率。
据此，因为折射率是空气＜透光材料＜光学部件，外光几乎能够相对于透光材料的外光入射面一侧垂直透过，因此能够以具有凸形的光学部件准确地聚光，能够提高半导体装置的品质。
并且，可以是，所述凸形是使所述光朝向所述摄像区域的形状，并且所述凸形被形成在使所述光朝向所述摄像区域的位置。
据此，通过具备具有凸形的光学部件，从而能够使外光有效地聚光到摄像区域，能够使半导体装置本身小型化。
并且，可以是，所述透光材料是丙烯类树脂，所述光学部件是玻璃。
并且，可以是，具备：半导体元件，包括将光转换为电信号的摄像区域，并具备第一主面和作为该第一主面的相反一侧的面的第二主面；第一电极，被形成在所述第一主面上；第二电极，被形成在所述第二主面上；导体部，被形成在贯穿所述半导体元件的贯穿孔中，通过使所述第一电极和所述第二电极电连接，从而将来自所述摄像区域的所述电信号从所述第一电极传到所述第二电极；以及光学部件，被形成在所述第一主面的上方，并具备凸形面和平坦面，该凸形面具有向下方凸出的凸形，该平坦面在该凸形面的相反一侧。
据此，因为光学部件的上面平坦，因此容易吸附保持光学部件，能够削减制造成本，且使半导体装置容易薄型化。
并且，本发明的半导体装置的制造方法，包括：半导体元件形成步骤，形成半导体元件，该半导体元件包括将光转换为电信号的摄像区域，并具备第一主面和作为该第一主面的相反一侧的面的第二主面；第一电极形成步骤，在所述第一主面上形成第一电极；导体部形成步骤，形成贯穿所述半导体元件的贯穿孔，并在所形成的贯穿孔中形成与所述第一电极电连接的导体部；光学部件形成步骤，在所述第一主面的上方形成光学部件，该光学部件具备具有凸形的凸形面；透光材料形成步骤，将透光材料粘接到所述光学部件以覆盖所述凸形；以及第二电极形成步骤，在所述第二主面上形成与所述导体部电连接的第二电极，在所述光学部件与所述透光材料这两方之中，位于上方的上面平坦。
据此，因为光学部件与透光材料这两方之中，位于上方的上面平坦，因此在安装零件时等需要吸附保持半导体装置时，能够容易地吸附保持。因此，能够容易地制造半导体装置，而能够防止成品率的降低以及产品的成本的提高，能够制造可靠性以及批量生产能力高的半导体装置。并且，通过具备具有凸形的光学部件，从而能够有效地将外光聚光到摄像区域，能够使半导体装置本身小型化。
并且，可以是，所述半导体装置的制造方法还包括研磨步骤，在该研磨步骤中，通过研磨所述半导体元件的第一主面的相反一侧的面，从而形成所述第二主面，在所述第二电极形成步骤中，在所述研磨步骤研磨后的第二主面上形成所述第二电极。
据此，通过研磨背面，能够使半导体装置薄型化。而且，此时，通过将具有平坦性的透光材料粘接到具有凸形的光学部件，因此研磨时能够吸附保持透光材料的表面，因此能够使半导体装置容易薄型化。
根据本发明，能够实现小型化且薄型化，光学特性佳且可靠性以及批量生产能力高的半导体装置。据此，能够防止成品率的降低，而且能够削减制造成本。
附图说明
图1A是实施例1的半导体装置的详细的截面图。
图1B是用于说明实施例1的半导体装置的光学特性的截面图。
图2是按工序示出实施例1的半导体装置的制造方法的截面图。
图3A是实施例2的半导体装置的详细的截面图。
图3B是用于说明实施例2的半导体装置的光学特性的截面图。
图4是按工序示出实施例2的半导体装置的制造方法的截面图。
图5A是实施例3的半导体装置的详细的截面图。
图5B是用于说明实施例3的半导体装置的光学特性的截面图。
图6是表示以往的半导体装置的结构的截面图。
具体实施方式
以下参照附图具体地说明示出本发明的实施例的半导体装置以及其制造方法。另外，对于附图中的同一构成要素，附加同一符号，并且有时省略其说明。并且，为了容易理解，附图中以各个构成要素为主体示意性地示出，形状等的表示并非精确。
(实施例1)
本实施例的半导体装置的特征是，具备：光学部件，具备具有凸形的凸形面，并利用该凸形使光折射；以及透光材料，被粘接到该光学部件以覆盖该光学部件的凸形，并且，在光学部件与透光材料这两方之中，位于上方的上面平坦。具体而言，在本实施例中，凸形是向上方(从半导体装置的背面向着表面方向)凸出的凸形，而相当于本实施例的半导体装置的最上面的透光材料的面(覆盖凸形的面的相反一侧的面)是平坦面。
图1A是本实施例的半导体装置100的详细的截面图。如该图所示，半导体装置100具备：基板101、摄像区域102、电极部103、粘接材料104、光学部件105、透光材料106、绝缘膜107、导体层108、外部电极109、绝缘层110以及焊球111。
基板101是半导体晶片(wafer)的一部分，在基板101上形成有包括用于驱动摄像区域102的驱动电路等半导体元件。半导体元件具备互相相对的两个主面，电极部103被形成在第一主面(表面)上，外部电极109被形成在第二主面(背面)上。并且，如图1A所示，贯穿孔112(参照图2)被形成在基板101(半导体元件)，该贯穿孔112用于形成使电极部103与外部电极109电连接的导体层108。也就是说，贯穿孔112贯穿基板101，即贯穿半导体元件。
另外，半导体晶片例如由硅(Si)、锗(Ge)或化合物半导体材料(例如，GaAs、InP、GaN、SiC等)构成。半导体晶片是厚度约为50～800μm，直径约为2～15英寸的圆盘状的半导体基板。另外，因为制造时研磨半导体晶片的背面，因此基板101的厚度约为10～500μm。
摄像区域102是包括形成在基板101的表面上的摄像元件的区域。摄像元件将透过光学部件105和透光材料106的从外部入射的光(外光)转换为电信号。被转换后的电信号，经由电极部103和导体层108传送到外部电极109。
电极部103是第一电极的一个例子，其被形成在基板101的表面上并被摄像区域102相隔。并且，被形成在电极部103的竖直向下方向(也就是说，从基板101的表面朝向背面的方向)上的贯穿孔112中形成有导体层108。电极部103与导体层108电连接，经由导体层108将由摄像区域102转换的电信号传送到外部电极109。电极部103的厚度约为1μm。并且，电极部103例如由Ti、Cu、Ni、Au等金属构成。
粘接材料104被形成在基板101的表面上并覆盖电极部103。粘接材料104，通过将例如环氧类、硅类或丙烯类等树脂涂在应该形成的区域，并用规定的方法使其硬化而形成。
光学部件105被形成在基板101的表面的上方，通过粘接材料104与基板101连接。光学部件105具备平行的两个面。在这两个面中，与基板101的表面相对并通过粘接材料104与基板101的表面连接的面大致平坦。
而另一面具有用于使光折射的凸形。并且，凸形的位置和形状被规定为，使透过凸形区域的外光在摄像区域102上聚光。也就是说，凸形是使光朝向摄像区域102的形状，并且其被形成在使光朝向摄像区域的位置。
具体而言，凸形是从光学部件105的平坦的面朝向该凸形被形成的面(凸形面)的方向(图1A的上方，即从半导体元件的背面朝向表面的方向)凸出的形状，其被形成在摄像区域102的上方。另外，光学部件105，例如是玻璃(折射率约为1.50～1.64)或树脂等。光学部件105的厚度约为0.05～1.0mm。
透光材料106被形成在光学部件105上，并覆盖光学部件105的凸形面，并与光学部件105的凸形面粘接。透光材料106具备的面中与光学部件105粘接的面的相反一侧的面(透光材料106的表面，即，外光入射面)平坦。也就是说，透光材料106的上面平坦。另外，即使包括至少比光学部件105的凸形小的凹凸也视为平坦。但是，此时的凹凸，是能够被吸附保持的程度的凹凸。另外，透光材料106例如是丙烯类树脂(折射率约为1.49)，透光材料106的折射率比空气大且比光学部件105小。
绝缘膜107被形成为覆盖基板101的背面和被形成在基板101的贯穿孔112的侧面。另外，贯穿孔112的底部，即，电极部103露出的一面的至少一部分未形成绝缘膜107，且电极部103和导体层108被电连接。绝缘膜107例如是氧化硅膜。
导体层108是导体部的一个例子，其被形成在贯穿孔112的内部，使电极部103与外部电极109电连接，从而将来自摄像区域102的电信号从电极部103传到外部电极109。导体层108例如由Ti、Cu、Ni、Au等金属构成。导体层108的厚度约为0.1～2μm。
外部电极109是第二电极的一个例子，其被形成为与导体层108相接，通过焊球111向外部传送由摄像区域102转换的电信号。外部电极109例如由Ti、Cu、Ni、Au等金属构成。
绝缘层110被形成在除了形成有外部电极109的区域之外的整个基板101的背面。绝缘层110例如是氧化硅膜。
焊球111是球状的焊锡。通过在半导体装置100的背面形成焊球111，从而能够提高向电子设备基板等安装时的安装性能。
另外，在图1A示出的半导体装置100具备作为光学设备的功能。也就是说，半导体装置100具有将外光导入到其内部的摄像元件(摄像区域102)，并将该摄像转换为电并向外部电极109侧输出的功能。
图1B是用于说明本实施例的半导体装置100的光学特性的图。
在此，外光(摄像)透过透光材料106，由具有凸形的光学部件105折射向半导体装置100的中心方向，并在摄像区域102聚光。图1B中，示意性地示出相对于透光材料106的外光入射面(与光学部件105粘接的粘接面相反的一侧的面)一侧，大致垂直入射的光L，以说明有关聚光。
从相对于透光材料106的外光入射面一侧大致垂直的方向上入射的光L，因为透光材料106的外光入射面一侧大致平坦，因此相对于入射角大致沿着入射角穿过透光材料106。然后，光L在透光材料106与具有凸形的光学部件105的界面(在图1B中为折射点Z)，向比光学部件105的凸形的法线方向稍靠半导体装置100的外形的方向折射，也就是说，相对于光的入射角向着半导体装置100的中心方向折射，并在摄像区域102聚光。
在此，通过选择其折射率比空气的折射率大且比光学部件105的折射率小的材料作为透光材料106的材料，从而能在折射点Z使光L朝向摄像区域102聚光。作为一个例子，以丙烯类树脂材料(折射率：约1.49)构成透光材料106，以玻璃(折射率：约1.50～1.64)构成光学部件。另外，折射率根据材料的品质以及光L的波长等而变动。
根据如上所述，能够通过光学部件105使光L在摄像区域102聚光，因此能够缩小摄像区域102的面积A，能够使半导体装置100小型化。并且，通过将具有平坦性的透光材料106粘接到具有凸形的光学部件105，也就是说，因为位于光学部件105的上方的透光材料106的上面平坦，因此向电子设备基板安装时容易吸附保持半导体装置100，因此能够削减制造成本。
另外，在本实施例中，虽然将透光材料106粘接到光学部件105，但是也可以将透光材料106涂在光学部件105上而形成涂层(coating)。而且，通过透光材料106或光学部件105的材料被选择为，使该透光材料106作为滤光器仅使所希望的波长的光透过，从而能够更加提高半导体装置100的光学特性。
接着，说明本实施例的半导体装置100的制造方法。图2是按工序示出本实施例的半导体装置100的制造方法的截面图。
如图2(a)所示，等间距地虚拟划分基板101(半导体晶片)，在被虚拟划分的基板101上形成多个半导体元件，在各半导体元件上的规定位置配置形成摄像区域102以及电极部103。然后，将粘接材料104粘接到半导体元件上的电极部103。
然后，如图2(b)所示，利用粘接材料104相对于基板101固定玻璃等光学部件105，使该光学部件105覆盖基板101(半导体晶片)中形成的各半导体元件上的摄像区域102。此时，因为光学部件105具有多个凸形，因此一般通过真空吸附光学部件105的平坦部来吸附保持光学部件105。此时，光学部件105被形成为其凸形向上方凸出。
将光学部件105固定到基板101的方法有下述的方法。首先，在基板101(半导体晶片)上涂粘接材料104。涂的方法有利用点胶机(dispenser)来涂布、印刷方法，利用旋涂机(spinner)来旋转涂布等方法。之后，将光学部件105设置在基板101上。此时，对光学部件105加压。
然后，使粘接材料104硬化，则完成对光学部件105的固定。在粘接材料104是紫外线硬化型的情况下，通过使紫外线通过光学部件105照射粘接材料104来使粘接材料104硬化。并且，在粘接材料104是热硬化型的情况下，通过硬化炉、加热板(hot plate)、红外线灯等，来将粘接材料104加热到50～200℃，来使粘接材料104硬化。
然后，如图2(c)所示，将透光材料106粘贴到光学部件105。在此，虽然先仅粘贴光学部件105之后再粘贴透光材料106，但是如果事先准备了已粘贴了透光材料106的光学部件105，则能够将相当于2个工序部分作为1个工序来进行。这样做还有一个好处，即：因为具备平坦性的透光材料106的光入射面一侧平坦，因此容易吸附保持光学部件105。并且，在本实施例中虽然事先准备了已使其变薄的光学部件105，但是也可以是，将透光材料106粘贴到具有凸形的光学部件105，并将光学部件105的具有凸形的面的相反一侧的面即平坦面一侧，例如通过磨削等来使其变薄。
然后，如图2(d)所示，研磨基板101(半导体晶片)的背面，使基板101的厚度变薄。研磨后的基板101的厚度约为10～500μm。利用边加压基板101边以旋转的磨具进行的机械研磨、干法蚀刻(dry eching)等方法来研磨基板101。此时，通过将具备平坦性的透光材料106粘接到具有凸形的光学部件105，从而能够易于进行研磨时的加压等。
然后，如图2(e)所示，在基板101(半导体晶片)上形成的电极部103的竖直向下方向，形成直达电极部103的贯穿孔112。形成贯穿孔112的方法是，在基板101的背面选择性地形成抗蚀剂(resist)，对基板101的背面中的露出的部分通过等离子体蚀刻(plasma eching)、湿法蚀刻(weteching)等进行蚀刻。此时，电极部103的下部原有的Si、绝缘膜也被除去而露出电极部103的背面。
然后，如图2(f)所示，在贯穿孔112的内壁以及基板101(半导体晶片)的整个背面形成氧化硅膜等绝缘膜107后，以照相蚀刻(photo eching)等方法去除贯穿孔112的底部存在的绝缘膜107。通过利用等离子体CVD(Chemical Vapor Deposition：化学气相淀积)的氧化硅膜形成方法、利用旋涂(spin coating)的聚酰亚胺(polyimide)等形成树脂的方法，能够容易地形成绝缘膜107。
然后，在贯穿孔112内部以及基板101的背面选择性地形成导体层108以及外部电极109。此时，贯穿孔112的底部(也就是说，电极部103的露出面)也暂时形成绝缘膜107，因此利用光刻(photolithography)法选择性地形成光致抗蚀剂(photoresist)后，通过等离子体蚀刻、湿法蚀刻等，除去贯穿孔112的底面存在的绝缘膜。
利用溅射(sputtering)等气相淀积形成Ti/Cu膜等后，通过利用电镀形成Ni、Cu、Au等金属膜的方法等来在贯穿孔112形成导体层108。金属膜的厚度约为0.1～2μm。利用溅射气相淀积形成金属膜之前，利用干法蚀刻、湿法蚀刻薄薄地蚀刻导通用的贯穿孔112的底面的电极部103，以使贯穿孔112的底面的电极部103和气相淀积形成的金属膜能以低电阻连接。此时，因为电极部的厚度很薄约为1μm，因此进行控制以防过度蚀刻(over-eching)而使贯穿孔112的底面的电极部103消失。
并且，通过电镀形成导体层108。电镀有电解电镀、无电解电镀等方法。另外，图2(f)中，虽然是仅在贯穿孔112的内壁形成导体层108的结构，但是也可以是充满贯穿孔112的整个内部的结构。同样通过电镀来形成外部电极109。
然后，如图2(g)所示，形成绝缘层110。例如，与绝缘膜107同样，通过利用等离子体CVD的氧化硅膜形成方法、利用旋镀的聚酰亚氨等形成树脂的方法，来形成绝缘层110。
然后，如图2(h)所示，通过在形成了外部电极109的区域形成焊球111，从而能够提高向电子设备基板安装时的安装性能。另外，虽然之前叙述了在形成导体层108以及外部电极109之后形成绝缘层110，但是也可以是，在形成焊球111之后形成绝缘层110。
最后，如图2(i)所示，以切断线(图2的虚线)来将基板101(半导体晶片)分离为一个一个的半导体元件，从而形成半导体装置100。通过切割法等来将光学部件105和透光材料106等与基板101同时切断的方法等来分离半导体装置100(基板101分片化)。
在此，因为透光材料106是具有平坦性的透光材料，也就是说，因为透光材料106的上面平坦，因此在图2(h)所示的将焊球111设置到基板101，或将基板101分片化时，能够真空吸附。因此，在设置了焊球111的状态下进行分片化变得容易，比起将基板101分片化后设置焊球111的以往的制造方法，能够大幅提高生产能力，削减制造成本。
完成的半导体装置100是如图1A所示的小型化、薄型化以及大幅提高了生产能力的光学特性的品质优良的半导体装置。
如上所述，本实施例的半导体装置100通过具备具有凸形的光学部件105，从而能够有效地将外光聚光到摄像区域102，因此能够使半导体装置本身小型化。并且，通过将具备平坦性的透光材料106粘接到具有凸形的光学部件105，从而在向电子设备基板安装时容易吸附保持半导体装置100，从而能够削减制造成本。而且，因为在通过磨削等来加工半导体装置100的形成外部电极109的面一侧时，能够吸附保持透光材料106的平坦的表面，因此能够易于使半导体装置100薄型化。
(实施例2)
与实施例1同样，本实施例的半导体装置的特征是，具备：光学部件，具备具有凸形的凸形面，并利用该凸形使光折射；以及透光材料，被粘接到该光学部件以覆盖该光学部件的凸形，并且，在光学部件与透光材料这两方之中，位于上方的上面平坦。具体而言，在本实施例中，凸形是向下方(从半导体装置的表面朝向背面的方向)凸出的形状，而相当于本实施例的半导体装置的最上面的透光材料的面(覆盖凸形的面的相反一侧的面)是平坦面。
图3A是本实施例的半导体装置200的详细的截面图。该图所示的半导体装置200与实施例1的半导体装置100相比较，具备光学部件205来替代光学部件105，具备透光材料206来替代透光材料106。以下省略与实施例1相同之处的说明，以不同之处为中心进行说明。
如图3A所示，本实施例的半导体装置200，在基板101的表面的上方形成透光材料206，在透光材料206上形成光学部件205。
光学部件205被形成在透光材料206上，具备凸形面和平坦面，该凸形面具有向下方凸出的凸形，该平坦面在该凸形面的相反一侧。另外，即使包括至少比凸形小的凹凸也视为平坦。但是，此时的凹凸，是能够被吸附保持的程度的凹凸。光学部件205是例如玻璃或树脂等。光学部件205的厚度约为0.005～1.0mm。
并且，凸形的位置和形状被决定为，使透过凸形的区域的外光在摄像区域102聚光。例如，凸形是从基板101的表面向着背面方向(图3A的下方)凸出的凸形，该凸形被形成在摄像区域102的上方。
透光材料206与光学部件205的凸形面粘接，并覆盖光学部件205的凸形。而且，该粘接面的相反一侧的面平坦，通过粘接材料104与基板101的表面粘接。
另外，与在图1A示出的半导体装置100同样，在图3A示出的半导体装置200具备作为光学设备的功能。也就是说，半导体装置200具有将外光导入到其内部的摄像元件(摄像区域102)，并将该摄像转换为电并向外部电极109侧输出的功能。
以下，利用图3B说明本实施例的半导体装置200的光学特性。图3B是用于说明本实施例的半导体装置200的光学特性的图。
在此，外光由具有凸形的光学部件205折射向半导体装置200的中心方向，并透过透光材料206在摄像区域102聚光。图3B中，示意性地示出相对于光学部件205的外光入射面(与凸形面相反的一侧的面)一侧，大致在垂直方向上入射的光L，以说明有关聚光。
从相对于光学部件205的外光入射面一侧大致垂直的方向上入射的光L，因为光学部件205的外光入射面一侧大致平坦，因此相对于入射角大致沿着入射角穿过透光材料205。然后，光L在光学部件205的凸形面与透光材料206的界面(在图3B中为折射点Z)，向比光学部件205的凸形的法线方向稍靠半导体装置200的中心方向折射，并在摄像区域102聚光。
在此，通过选择其折射率比空气的折射率大且比光学部件205的折射率小的材料作为透光材料206的材料，从而能在折射点Z使光L向摄像区域102聚光。作为一个例子，以丙烯类树脂材料(折射率：约1.49)构成透光材料206，以玻璃(折射率：约1.50～1.64)构成光学部件205。另外，折射率根据材料的品质以及光L的波长等而变动。
另外，因为透光材料206的折射滤比空气的折射率大，因此在折射点Z向半导体装置200的中心方向折射的光L，在透光材料206与空气的界面再向半导体装置200的中心方向折射。因此，能够使更多的光在摄像区域102聚光。或者，能够缩小摄像区域102的面积。
根据如上所述，能够通过光学部件205使光L在摄像区域102聚光，因此能够缩小摄像区域102的面积A，能够使半导体装置200小型化。并且，因为光学部件205的凸形面的相反一侧的面平坦，因此，例如在向电子设备基板安装时，能够容易地吸附保持半导体装置200，而削减制造成本。而且，因为透光材料206和粘接材料104都由有机材料构成，因此能够牢固地粘接透光材料206和粘接材料104。
接着，说明本实施例的半导体装置200的制造方法。图4是按工序示出本实施例的半导体装置200的制造方法的截面图。以下，省略与实施例1相同的工序的说明，以不同的工序为中心进行说明。
首先，如图4(a)所示，等间距地虚拟划分基板101(半导体晶片)，在被虚拟划分的基板101上形成多个半导体元件，在各半导体元件上的规定位置配置形成摄像区域102以及电极部103。然后，将粘接材料104粘接到半导体元件上的电极部103。
然后，如图4(b)所示，利用粘接材料104相对于基板101固定预先粘贴有透光材料206的光学部件205，使其覆盖摄像区域102。此时，光学部件被形成为，光学部件205具备的凸形面的凸形向下方凸出。
将粘贴有透光材料206的光学部件205固定到基板101的方法有下述的方法。首先，在基板101(半导体晶片)上涂布粘接材料104。涂布的方法有利用点胶机来涂布、印刷方法，利用旋涂机来旋转涂布等方法。然后，将光学部件205设置到基板101上，使透光材料206和粘接材料104粘接。此时，对光学部件105加压。
然后，使粘接材料104硬化，则完成对粘贴有透光材料206的光学部件205的固定。在粘接材料104是紫外线硬化型的情况下，通过使紫外线通过光学部件205和透光材料206照射粘接材料104，来使粘接材料104硬化。并且，在粘接材料104是热硬化型的情况下，通过硬化炉、加热板、红外线灯等，来将粘接材料104加热到50～200℃，来使粘接材料104硬化。
另外，有关将透光材料206粘贴成覆盖光学部件205的凸形的方法，与实施例1的图2(c)同样。
后续的研磨基板101的背面的处理之后的处理与实施例1同样，因此在此省略其说明。也就是说，在图4(c)～4(h)所示的处理分别与在图2(d)～2(i)所示的处理对应。
如上所述，本实施例的半导体装置200通过具备具有凸形的光学部205，从而能够有效地将外光聚光到摄像区域102，因此能够使半导体装置200本身小型化。并且，因为光学部件205的具有凸形的面的相反一侧的面平坦，因此在向电子设备基板安装时容易吸附保持半导体装置200，从而能够削减制造成本。而且，在通过磨削等来加工半导体装置200的形成外部电极109的面一侧时，能够吸附保持光学部件205的表面，因此能够易于使半导体装置200薄型化。并且，因为透光材料206和粘接材料104都由有机材料构成，因此能够牢固地粘接透光材料206和粘接材料104。
(实施例3)
本实施例的半导体装置包括具备凸形面和平坦面的光学部件，该凸形面具有向下方(从半导体装置的表面向着背面方向)凸出的凸形，该平坦面是该凸形面的相反一侧的面。
图5A是本实施例的半导体装置300的详细的截面图。该图所示的半导体装置300与实施例2的半导体装置200相比较，不同之处是，具备光学部件305来替代光学部件205，并且不具备透光材料206。以下省略与实施例2相同之处的说明，以不同之处为中心进行说明。
如图5A所示，本实施例的半导体装置300，在基板101的表面的上方形成光学部件305。与实施例1以及实施例2不同，本实施例的半导体装置300不具备透光材料。
光学部件305具备凸形面和平坦面，该凸形面具有向下方凸出的凸形，该平坦面在该凸形面的相反一侧。另外，即使包括至少比凸形小的凹凸也视为平坦。但是，此时的凹凸，是能够被吸附保持的程度的凹凸。光学部件205是例如玻璃或树脂等。光学部件305的厚度约为0.05～1.0mm。
并且，凸形的位置和形状被决定为，使透过凸形区域的外光在摄像区域102聚光。例如，凸形是从基板101的表面向着背面方向(图5A的下方)凸出的凸形，该凸形被形成在摄像区域102的上方。
另外，与在图3A示出的半导体装置200同样，在图5A示出的半导体装置300具备作为光学设备的功能。也就是说，半导体装置300具有将外光导入到其内部的摄像元件(摄像区域102)，并将该摄像转换为电并向外部电极109侧输出的功能。
以下，利用图5B说明本实施例的半导体装置300的光学特性。图5B是用于说明本实施例的半导体装置300的光学特性的图。
在此，外光由具有凸形的光学部件305折射向半导体装置300的中心方向，在摄像区域102聚光。图5B中，示意性地示出相对于光学部件305的外光入射面(与凸形面相反的一侧的面)一侧，大致垂直方向入射的光L，以说明有关聚光。
从相对于光学部件305的外光入射面一侧大致垂直的方向上入射的光L，因为光学部件305的外光入射面一侧大致平坦，因此相对于入射角大致沿着入射角穿过透光材料305。然后，光L在光学部件305的凸形面与空气的界面(在图5B中为折射点Z)，向比光学部件305的凸形的法线方向稍靠半导体装置300的中心方向折射，并在摄像区域102聚光。
在此，光学部件305的折射率比空气大，因此在折射点Z光L能够向摄像区域102聚光。
根据如上所述，能够通过光学部件305使光L在摄像区域102聚光，因此能够缩小摄像区域102的面积A，能够使半导体装置300小型化。并且，因为光学部件305的凸形面的的相反一侧的面平坦，因此，例如在向电子设备基板安装时，能够容易地吸附保持半导体装置300，能够削减制造成本。而且，半导体装置300不具备透光材料，因此虽然强度变弱，但是能够达到薄膜化。
另外，本实施例的半导体装置300的制造方法与在实施例2说明的半导体装置200的制造方法大致相同。也就是说，不同的仅是，在图4(b)所示的工序中，不是固定粘贴有透光材料206的光学部件205，而仅是固定光学部件305。另外，因为光学部件305的凸形向着下方，因此在制造本实施例的半导体装置300时，为了避免与摄像区域102接触，需加大粘接材料104的厚度。
如上所述，本实施例的半导体装置300通过具备具有凸形的光学部件305，从而能够有效地将外光聚光到摄像区域102，因此能够使半导体装置300本身小型化。并且，因为光学部件305的具有凸形的面的相反一侧的面平坦，因此在向电子设备基板安装时容易吸附保持半导体装置300，从而能够削减制造成本。而且，在通过磨削等来加工半导体装置300的形成外部电极109的面一侧时，因为能够吸附保持光学部件305的表面，因此能够易于使半导体装置300薄型化。并且，半导体装置300因为不具备透光材料，因此虽然强度小，但是能够进一步薄膜化。
以上，根据实施例说明了本发明的半导体装置以及其制造方法，但是，本发明并不限定于这些实施例。只要不脱离本发明的宗旨，将本领域技术人员所联想到的各种变形实施于这些实施例，或者结合不同的实施例中的构成要素来构筑的实施例，都包含在本发明的范围之内。
例如，在本实施例中，在基板101上形成了摄像区域102，但是也可以形成光IC等受光元件。而且，也可以是，在基板101的内部形成摄像区域102而不是在基板101之上。
本发明的半导体装置以及其制造方法，其具有能够缩短制造工序所需的时间且能够抑制作为产品的成品率的降低的效果，对于今后愈加要求高性能、薄型化以及小型化的电子相机、移动电话等有用。
符号说明
100、200、300、400  半导体装置
101、401  基板
102  摄像区域
103  电极部
104  粘接材料
105、205、305  光学部件
106、206  透光材料
107  绝缘膜
108  导体层
109  外部电极
110  绝缘层
111  焊球
112  贯穿孔
402  半导体芯片
403  透镜片
404、405  环氧树脂层
406  槽
407  球形***
408  连接端子
409  导线
410  摄像透镜部

Claims (12)

1.一种半导体装置，该半导体装置具备：
半导体元件，包括将光转换为电信号的摄像区域，并具备第一主面和作为该第一主面的相反一侧的面的第二主面；
第一电极，被形成在所述第一主面上；
第二电极，被形成在所述第二主面上；
导体部，被形成在贯穿所述半导体元件的贯穿孔中，通过使所述第一电极和所述第二电极电连接，从而将来自所述摄像区域的所述电信号从所述第一电极传到所述第二电极；
光学部件，被形成在所述第一主面的上方，具备具有凸形的凸形面，并通过该凸形使光折射；以及
透光材料，被粘接到所述光学部件以覆盖所述凸形，
在所述光学部件与所述透光材料这两方之中，位于上方的上面平坦。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，
所述凸形是向上方凸出的凸形，
所述透光材料，被形成在所述光学部件的上方，并在与所述光学部件粘接的粘接面的相反一侧具备平坦面。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，
所述凸形是向下方凸出的凸形，
所述光学部件，被形成在所述透光材料的上方，并在所述凸形面的相反一侧具备平坦面。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，
所述透光材料的折射率，大于空气的折射率且小于所述光学部件的折射率。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，
所述凸形是使所述光朝向所述摄像区域的形状，并且所述凸形被形成在使所述光朝向所述摄像区域的位置。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，
所述透光材料是丙烯类树脂，
所述光学部件是玻璃。
7.一种半导体装置，该半导体装置具备：
半导体元件，包括将光转换为电信号的摄像区域，并具备第一主面和作为该第一主面的相反一侧的面的第二主面；
第一电极，被形成在所述第一主面上；
第二电极，被形成在所述第二主面上；
导体部，被形成在贯穿所述半导体元件的贯穿孔中，通过使所述第一电极和所述第二电极电连接，从而将来自所述摄像区域的所述电信号从所述第一电极传到所述第二电极；以及
光学部件，被形成在所述第一主面的上方，并具备凸形面和平坦面，该凸形面具有向下方凸出的凸形，该平坦面在该凸形面的相反一侧。
8.一种半导体装置的制造方法，该半导体装置的制造方法包括：
半导体元件形成步骤，形成半导体元件，该半导体元件包括将光转换为电信号的摄像区域，并具备第一主面和作为该第一主面的相反一侧的面的第二主面；
第一电极形成步骤，在所述第一主面上形成第一电极；
导体部形成步骤，形成贯穿所述半导体元件的贯穿孔，并在所形成的贯穿孔中形成与所述第一电极电连接的导体部；
光学部件形成步骤，在所述第一主面的上方形成光学部件，该光学部件具备具有凸形的凸形面；
透光材料形成步骤，将透光材料粘接到所述光学部件以覆盖所述凸形；以及
第二电极形成步骤，在所述第二主面上形成与所述导体部电连接的第二电极，
在所述光学部件与所述透光材料这两方之中，位于上方的上面平坦。
9.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，
在所述光学部件形成步骤中，所述光学部件被形成为所述凸形向上方凸出，
在所述透光材料形成步骤中，粘接上面平坦的所述透光材料。
10.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，
在所述光学部件形成步骤中，形成在所述凸形面具备平坦面的所述光学部件，并使所述凸形向下方凸出。
11.根据权利要求8所述的半导体装置的制造方法，
所述半导体装置的制造方法还包括研磨步骤，在该研磨步骤中，通过研磨所述半导体元件的第一主面的相反一侧的面，从而形成所述第二主面，
在所述第二电极形成步骤中，在所述研磨步骤研磨后的第二主面上形成所述第二电极。
12.一种半导体装置的制造方法，该半导体装置的制造方法包括：
半导体元件形成步骤，形成半导体元件，该半导体元件包括将光转换为电信号的摄像区域，并具备第一主面和作为该第一主面的相反一侧的面的第二主面；
第一电极形成步骤，在所述第一主面上形成第一电极；
导体部形成步骤，形成贯穿所述半导体元件的贯穿孔，并在所形成的贯穿孔中形成与所述第一电极电连接的导体部；
光学部件形成步骤，在所述第一主面的上方形成光学部件，该光学部件具备凸形面和平坦面，该凸形面具有向下方凸出的凸形，该平坦面在该凸形面的相反一侧；以及
第二电极形成步骤，在所述第二主面上形成与所述导体部电连接的第二电极。
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