JP2010273087A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子の光学領域に透明部材が接着された半導体装置では、光学特性の低下を招来する場合があった。
【解決手段】半導体装置では、基板３の上面上に半導体素子４が設けられており、半導体素子４は導電性細線５を介して基板３に電気的に接続されている。半導体素子４の上面には光学領域が形成されており、この光学領域には第１透明部材１が透明接着剤６を介して接着されている。第１透明部材１の上面上には透明接着剤６を介して第２透明部材２が接着されており、第１透明部材１及び第２透明部材２は互いに同一の材料からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に受光領域及び発光領域の少なくとも一方を有する半導体素子を備えた半導体装置及びその製造方法に関する。

近年、電子機器の小型化且つ軽量化の要求とともに半導体装置の高密度実装化の要求が強くなっている。さらに、微細加工技術の進歩による半導体素子の高集積化とあいまって、チップサイズパッケージが提案されており、また、ベアチップを基板に直接実装する技術が提案されている。このような動向は受発光素子を備えた半導体装置においても同様であり、種々の構成を有する半導体装置が提案されている。

例えば、マイクロレンズが受発光素子における受発光領域に設けられており、透明部材が低屈折率の接着剤を介してそのマイクロレンズ上に直接貼り付けられた半導体装置が提案されている。このような半導体装置では、小型化及び低コスト化を実現させることができる。このような半導体装置は、以下に示す方法に従って製造される。

まず、半導体素子における受発光領域にマイクロレンズを形成する。次に、受発光領域との平行度を保ちながら（半導体素子の主面における受発光領域に対して平行となるように）マイクロレンズ上に透明部材を直接貼り付ける。このとき、低屈折率の接着剤をマイクロレンズと透明部材との間に隙間がないように充填する。これにより、このような半導体装置を使用する環境条件が変化しても、この半導体装置の電気特性及び光学特性を確保することができ、よって、半導体装置の信頼性を確保することができる。

図４は、従来の半導体装置の断面図である。

従来の半導体装置は、凹部を有するセラミックパッケージ５３を備えている。セラミックパッケージ５３の凹部の底面上には、半導体素子５４が設けられている。半導体素子５４の上面には受発光領域（不図示）が形成されており、半導体素子５４の上面のうち受発光領域よりも周縁には電極端子（不図示）が設けられている。この電極端子は、Ａｕワイヤー５５を介して、セラミックパッケージ５３の接続端子５７に電気的に接続されている。また、半導体素子５４の受発光領域には透明接着剤５６を介して透明部材５１が接着されている。半導体素子５４及びＡｕワイヤー５５は封止樹脂５９により封止されている。このような半導体装置は以下に示す方法に従って製造される。

まず、透明接着剤５６を介して透明部材５１を半導体素子５４の光学領域に接着させる。次に、透明部材５１が半導体素子５４よりも上に配置されるように、透明部材５１が接着された半導体素子５４をセラミックパッケージ５３に実装する。続いて、Ａｕワイヤー５５を介して半導体素子５４の電極端子とセラミックパッケージ５３の接続端子５７とを電気的に接続し、封止樹脂５９を用いて半導体素子５４を封止する。

実用新案登録第３１４０９７０号

透明部材が透明接着剤を介して半導体素子に直接取り付けられた半導体装置では、強度の大きな光（迷光）がその半導体装置に入射されると、その光は透明部材と空気との界面において反射し、半導体素子上に入射される。これにより、フレアが発生する。このような不具合は、半導体装置の種類によらず発生し、例えば半導体装置がレンズモジュール又はデジタルスチルカメラである場合においても発生する。フレアが発生すると、半導体装置の品質低下を招来する。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、半導体装置の光学的特性を向上させることにある。

本発明に係る半導体装置は、基板と、半導体素子と、導電性細線と、第１透明部材と、第２透明部材とを備えている。半導体素子は、基板の上面上に設けられており、受光領域及び発光領域の少なくとも一方として機能する光学領域を上面に有している。導電性細線は、基板と半導体素子とを電気的に接続する。第１透明部材は、透明接着剤を介して半導体素子の光学領域に接着されている。第２透明部材は、その透明接着剤を介して第１透明部材の上面に接着されており、第１透明部材と同一の材料からなる。

このような構造では、透明部材の厚みが従来よりも厚くなる。よって、強度の大きな光（迷光）が半導体装置に入射されて透明部材と空気との境界において反射しても、その光が半導体素子へ入射されることを防止できる。従って、半導体素子の光学領域に第１透明部材が接着されたことに起因するフレアの発生を防止することができる。

本発明に係る半導体装置では、第２透明部材は、平面視において、第１透明部材よりも大きいことが好ましい。これにより、導電性細線を外部環境から保護することができる。

本発明に係る半導体装置では、第１透明部材は、下面が上面よりも小さくなるようにテーパー状に形成されていることが好ましい。これにより、第１透明部材の側面から入射する光（迷光）が半導体素子の光学領域に到達することを防止できる。

本発明に係る半導体装置では、第２透明部材の下面は、第１透明部材の上面よりも大きいことが好ましい。これにより、第２透明部材を第１透明部材の上面に強固に固定することができるので、外力が半導体装置に加わった場合であっても第２透明部材が第１透明部材の上面から外れてしまうことを防止できる。

後述の好ましい実施形態では、基板の上面上には複数の接続端子が設けられており、半導体素子の上面上のうち光学領域よりも周縁には複数の電極端子が設けられており、接続端子は導電性細線を介して電極端子に接続されている。このような半導体装置では、接続端子、電極端子及び導電性細線が樹脂により封止されていることが好ましい。これにより、電気的な接続部分を絶縁することができるので、半導体装置の耐候性を向上させることができる。

本発明の半導体装置の製造方法は、基板の上面上に、受光領域及び発光領域の少なくとも一方として機能する光学領域を上面に有する半導体素子を固定する工程と、基板と半導体素子とを電気的に接続する工程と、半導体素子の光学領域に、第１透明部材を接着する工程と、第１透明部材の上面に、第２透明部材を接着する工程とを備えている。これにより、本発明の半導体装置を製造することができる。

本発明によれば、半導体装置の光学的特性を向上させることができる。

（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の断面図であり、（ｂ）はその上面図である。 （ａ）〜（ｅ）は本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。 （ａ）は本発明の第１の実施形態の変形例に係る半導体装置の断面図であり、（ｂ）はその上面図である。 従来の半導体装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施形態に限定されない。例えば、半導体装置の構成部材の材料は、以下に示す材料に限定されない。また、図を明りょうにするために、図面における構成部材の形状は実際の半導体装置の構成部材の形状とは異なり、図面における構成部材の個数は実際の半導体装置の構成部材の個数とは異なる。

《発明の実施形態１》
図１（ａ）は第１の実施形態に係る半導体装置の断面図であり、図１（ｂ）はその上面図である。

本実施形態に係る半導体装置は、第１透明部材１、第２透明部材２、パッケージ３、半導体素子４、Ａｕワイヤー（導電性細線）５、透明接着剤６及び接続端子７を備えている。

パッケージ３は、基板と、リブと、基板とリブとで囲まれたキャビティ部を有している。キャビティ部は、相対的に小さな下側キャビティ部と相対的に大きな上側キャビティ部とを有しており、下側キャビティ部の上面と上側キャビティ部の下面とが互いに連通されて形成されている。下側キャビティ部の底面上（別の言い方をすると、基板の上面上）には、例えばＡｇペースト又はＬＥテープなどを介して半導体素子４が固定されている。上側キャビティ部の底面上には、複数の接続端子７が設けられている。

半導体素子４は、例えば、シリコン、III−V族化合物半導体又はII−VI族化合物半導体からなれば良い。半導体素子の材料としてIII−V族化合物半導体又はII−VI族化合物半導体を選択すれば、本実施形態に係る半導体装置を半導体レーザー又は発光ダイオードへ適用させることができる。

半導体素子４の上面の中央には、受発光領域（不図示）が形成されている。受発光領域は光を受光又は発光する光学領域であり、この受発光領域における画素上にマイクロレンズが形成されていても良い。半導体素子４の上面のうち受発光領域よりも周縁には周辺回路領域（不図示）が形成されている。周辺回路領域には複数の電極端子（不図示）が設けられており、各電極端子はＡｕワイヤー（導電性細線）５を介してパッケージ３の接続端子７に電気的に接続されている。

半導体素子４の受発光領域には、透明接着剤６を介して第１透明部材１が接着されている。受発光領域にマイクロレンズが形成されている場合には、第１透明部材１は透明接着剤６を介してマイクロレンズに接着されていればよい。このように半導体素子４の受発光領域に第１透明部材１が接着されているので、半導体装置への入射光の集光効率を向上させることができる。また、半導体装置の小型化を実現することができる。

第１透明部材１の上面には、透明接着剤６を介して第２透明部材２が接着されている。第２透明部材２は、パッケージ３のリブの上面に接着されていても良いし、パッケージ３のリブの上面と面一となるようにキャビティ部内に配置されていても良い。第２透明部材２がパッケージ３のリブの上面に接着されている場合には、図１（ａ）に示すように、第２透明部材２は透明接着剤６を介してパッケージ３のリブの上面に接着されていることが好ましい。

透明接着剤６は、光学的に透明であり、半導体素子４の受発光領域上に形成されたマイクロレンズよりも屈折率が低く、且つ、紫外線及び熱の少なくとも一方の照射により硬化すればよい。透明接着剤６は、アクリル系樹脂であっても良く、可視光を吸収しないように樹脂が配合されたエポキシ系樹脂又はポリイミド系樹脂であっても良い。

以下では、第１透明部材１及び第２透明部材２を説明する。

第１透明部材１は、半導体素子４の受発光領域全体を覆うことができる大きさを有していればよい。第１透明部材１では、上面が下面に対して平行であり、側面が上面及び下面に対して垂直である。第１透明部材１の上面及び下面は光学的平面に加工されており、第１透明部材１の側面は矩形状の投影面を有している。

第２透明部材２では、第１透明部材１と同じく、上面は光学的平面に加工されており、下面は上面に対して平行であり且つ光学的平面に加工されており、側面は上面及び下面に対して垂直であり矩形状の投影面を有している。

第２透明部材２は、平面視において第１透明部材１よりも大きいことが好ましい。これにより、パッケージ３の接続端子７、半導体素子４の電極端子及びＡｕワイヤー５が外界に曝されることを防止できる。

第２透明部材２の下面は、第１透明部材１の上面よりも大きいことが好ましい。これにより、第２透明部材２を第１透明部材１の上面に強固に接着させることができる。さらに、第２透明部材２の下面の周縁部分がパッケージ３のリブの上面に接着されていることが好ましい。これにより、第２透明部材２をパッケージ３に強固に固定することができる。以上より、半導体装置に外力が加わった場合であっても、第２透明部材２が第１透明部材１の上面又はパッケージ３のリブの上面から剥がれることを防止できる。一方、第２透明部材２は、平面視において、パッケージ３の外形の大きさ以下であることが好ましい。これにより、半導体装置の大型化を防止することができる。

このような第１透明部材１と第２透明部材２とは互いに同一の材料からなる。第１透明部材１及び第２透明部材２は、例えば、硼珪酸ガラス板、透明のエポキシ系樹脂板、アクリル系樹脂板または透明アルミナ板であっても良い。第１透明部材１及び第２透明部材２は、複屈折特性をもつ水晶板もしくは方解石板からなるローパスフィルタであっても良い。これにより、特定方向の干渉縞によるモワレを防止することができる。第１透明部材１及び第２透明部材２は、赤外線カットフィルタの両側に複屈折特性が直交するように石英板もしくは方解石板が赤外線カットフィルタの両側に貼り合わされたローパスフィルタであっても良い。

このように本実施形態に係る半導体装置は第１透明部材１とは別に第２透明部材２を備えているので、本実施形態に係る半導体装置には従来の半導体装置における透明部材の厚みよりも厚い透明部材が設けられている。第１透明部材１の厚みと第２透明部材２の厚みとの合計を例えば０．９ｍｍ以上とすることができる。よって、強度の強い光（迷光）が本実施形態に係る半導体装置に入射して第２透明部材２と空気との界面において反射しても、その光が半導体素子４へ入射されることを防止できる。従って、半導体素子４の受発光領域に第１透明部材１を接着させたことに起因するフレアの発生を防止することができる。

なお、第２透明部材２の厚みは、第１透明部材１の厚みと同一であっても良いし、第１透明部材１の厚みとは異なっていても良い。第１透明部材１の厚みと第２透明部材２の厚みとの合計が０．９ｍｍ以上であれば良い。

図２（ａ）〜（ｅ）は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、パッケージ３を準備する。パッケージ３は、上述のように、基板と、リブと、基板とリブとで囲まれたキャビティ部とを有しており、さらに接続端子７を上側キャビティ部の底面に有している。

次に、図２（ｂ）に示すように、Ａｇペースト又はＬＥテープなどを介してパッケージ３の下側キャビティ部の底面上に半導体素子４を固定し、透明接着剤６を介して半導体素子４の受発光領域に第１透明部材１を接着させる。このとき、パッケージ３の下側キャビティ部の底面上（別の言い方をすると、基板の上面上）に半導体素子４を固定してから半導体素子４の受発光領域に第１透明部材１を接着させても良いし、半導体素子４の受発光領域に第１透明部材１が接着されたものを半導体素子４が第１透明部材１よりも下に位置するようにしてパッケージ３の下側キャビティ部の底面上に固定しても良い。前者の方法よりも後者の方法を選択することが好ましい。

続いて、図２（ｃ）に示すように、Ａｕワイヤー５を介して半導体素子４の周辺回路領域に設けられた電極端子とパッケージ３の接続端子７とを電気的に接続させる。

続いて、図２（ｄ）に示すように、塗布ノズル８を用いて透明接着剤６を第１透明部材１の上面上に塗布する。

その後、図２（ｅ）に示すように、透明接着剤６を介して第１透明部材１の上面に第２透明部材２を接着させる。このようにして、本実施形態に係る半導体装置を製造することができる。

以上説明したように、本実施形態では、半導体装置への入射光の集光効率の向上を図りつつ、半導体素子４の受発光領域に第１透明部材１を接着させたことに起因するフレアの発生を防止することができる。よって、半導体装置の光学性能の低下を抑制することができる。

さらに、本実施形態では、半導体装置の小型化を図ることができる。

その上、半導体素子４の電極端子、Ａｕワイヤー５及びパッケージ３の接続端子７が外界に曝されることを防止することができる。それだけでなく、第２透明部材２を第１透明部材１の上面上又はパッケージ３のリブの上面上に強固に固定することができるので、本実施形態に係る半導体装置に外力が加わった場合であっても第２透明部材２が半導体装置から剥がれてしまうことを防止できる。

なお、本実施形態における第１透明部材は以下の変形例における第１透明部材であっても良い。

（変形例）
図３（ａ）は上記実施形態１の変形例に係る半導体装置の断面図であり、図３（ｂ）はその上面図である。本変形例に係る半導体装置では、第１透明部材１１の下面はその上面よりも小さい。それ以外の点については、上記実施形態１と同じである。以下では、上記実施形態１とは異なる点について重点的に説明する。

本変形例における第１透明部材１１の下面はその上面よりも小さい。具体的には、本変形例における第１透明部材１１は、下面が上面よりも小さくなるようにテーパー状に形成されている。これにより、第１透明部材１１の側面から入射された光（迷光）が半導体素子４の受発光領域に入射されることを防止することができる。このように、本変形例では、上記実施形態１において得られる効果に加えて、第１透明部材１１の側面から入射された光（迷光）が半導体素子４の受発光領域に入射されることを防止することができるという効果を得ることができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態１及び上記変形例は、以下に示す構成を有していても良い。

パッケージの接続端子、半導体素子の電極端子及びＡｕワイヤーが絶縁性の樹脂で被覆されていても良い。具体的には、パッケージのキャビティ部が絶縁性の樹脂で充填されていれば良い。これにより、電気的な接続部分を絶縁材料で覆うことができる。よって、半導体装置の耐候性を向上させることができる、つまり、半導体装置の外部環境が変化しても半導体装置の性能を維持することができる。ここで、絶縁性の樹脂としては、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂又はアクリル樹脂などを挙げることができる。

第１透明部材の側面に遮光処理が施されていても良い。これにより、迷光が第１透明部材の側面から入射されることを防止できるので、半導体素子へ迷光が入射されることを防止することができる。

第１透明部材の側面は矩形状の投影面を有しているとしたが、その投影面は矩形のコーナー部が切り落とされた形状を有していても良い。さらに、第１透明部材の上面及び下面の少なくとも一方の面のエッジには、面取り加工が施されていても良い。これらのことは第２透明部材についても言える。

半導体素子が固定される部材の一例としてパッケージを挙げたが、単なる基板であっても良い。つまり、上記実施形態及び上記変形例に係る半導体装置はリブを備えていなくても良い。

上記実施形態１及び上記変形例に係る半導体装置を用いてカメラモジュール又は医療用の内視鏡モジュールを構成することができる。

以上説明したように、本発明は、携帯電話及びデジタルカメラなどのイメージセンサを備えた半導体装置等に有用である。

１，１１ 第１透明部材
２ 第２透明部材
３ パッケージ
４ 半導体素子
５ Ａｕワイヤー
６ 透明接着剤
７ 接続端子

Claims (6)

1. 基板と、
   前記基板の上面上に設けられ、受光領域及び発光領域の少なくとも一方として機能する光学領域を上面に有する半導体素子と、
   前記基板と前記半導体素子とを電気的に接続する導電性細線と、
   透明接着剤を介して前記半導体素子の前記光学領域に接着された第１透明部材と、
   前記透明接着剤を介して前記第１透明部材の上面に接着された第２透明部材とを備え、
   前記第１透明部材と前記第２透明部材とは互いに同一の材料からなる半導体装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置において、
   前記第２透明部材は、平面視において、前記第１透明部材よりも大きい半導体装置。
3. 請求項１又は２に記載の半導体装置において、
   前記第１透明部材は、下面が前記上面よりも小さくなるようにテーパー状に形成されている半導体装置。
4. 請求項１から３の何れか一つに記載の半導体装置において、
   前記第２透明部材の下面は、前記第１透明部材の前記上面よりも大きい半導体装置。
5. 請求項１から４の何れか一つに記載の半導体装置において、
   前記基板の前記上面上には、複数の接続端子が設けられており、
   前記半導体素子の前記上面上のうち前記光学領域よりも周縁には、複数の電極端子が設けられており、
   前記接続端子は、前記導電性細線を介して前記電極端子に接続されており、
   前記接続端子、前記電極端子及び前記導電性細線は樹脂により封止されている半導体装置。
6. 基板の上面上に、受光領域及び発光領域の少なくとも一方として機能する光学領域を上面に有する半導体素子を固定する工程と、
   前記基板と前記半導体素子とを電気的に接続する工程と、
   前記半導体素子の前記光学領域に、第１透明部材を接着する工程と、
   前記第１透明部材の上面に、第２透明部材を接着する工程とを備えている半導体装置の製造方法。

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