半导体装置及其制造方法

专利名称：半导体装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及能够使图像传感器、MEMS (Micro Electro MechanicalSystem，微机电 系统)器件等封装小型化、薄型化的半导体装置和其制造方法。本申请主张2007年12月25日提出的日本专利申请第2007-331695号的优选权， 并在此引用其内容。
背景技术：
近年来，随着便携式电话等电子设备的小型化、高性能化，要求在它们中使用的电 子器件等更加小型化。为了实现该要求，不仅需要器件自身的小型化，也必须进行面向器件 的封装的小型化、高性能化的技术开发。作为使器件的封装小型化的一种技术，提出了运用 晶片级封装技术的各种器件封装，向MEMS器件、图像传感器的应用被人们所期待。(例如参 照非专利文献1)。在MEMS器件、图像传感器器件的封装中，为了确保收纳微小机构的驱动空间、微 透镜的收纳空间，需要确保一定大小的空腔(空间)。现有技术中，作为在晶片级封装中形成空腔的方法，提出了下述方案将预先图案 化的感光性树脂用作粘接剂，由此在基板贴合后，没有树脂的部分形成空腔(参照非专利 文献2)。但是，在使用该方法的晶片级封装的制作中，对已形成有空腔的贴合后的基板进 行研削而使其成为薄板，在存在空腔的部分和不存在空腔的部分，研削时的加重的施加方 法不同，在研削后的基板表面以与空腔的有无对应的图案产生凹凸，根据情况可能会发生 在基板上产生裂纹的问题。因此基板的薄板化存在极限。非专利文献1伊藤达也，「電子材料」2007年1月号，P. 60-64非专利文献2S. Yamamoto 及其他，ICEP2006 予稿集，P. 259-26
发明内容
本发明是鉴于这样的现有技术的情况而提出的，第一目的在于提供一种半导体装 置的制造方法，其能够以更简单的工序制造一种半导体装置，该半导体装置能够避免由空 腔的有无引起的研削后的凹凸或裂纹的产生，能够更均勻地使基板薄板化，能够有助于器 件和搭载有该器件的电子设备的小型化。此外，本发明的第二目的在于提供一种半导体装置，其能够避免由空腔的有无引 起的凹凸或裂纹的产生，能够更均勻地使基板薄板化，能够有助于器件和搭载有该器件的 电子设备的小型化。本发明的半导体装置的制造方法包括贴合工序，其将具有光透过性的第一基板 和在一面上具有功能元件的第二基板，以上述功能元件与上述第一基板相对的方式贴合； 薄板化工序，其使上述第一基板和上述第二基板中的至少一方薄板化；以及贯通孔形成工 序，其在上述第一基板和上述第二基板的贴合部的至少一部分，形成空腔和与该空腔连通的贯通孔。本发明的半导体装置的制造方法优选的是，在上述贴合工序中，对贴合部分供给 感光性树脂，使该感光性树脂曝光而固化，由此贴合上述第一基板和上述第二基板，在上述 贯通孔形成工序中，通过除去固化后的上述感光性树脂的规定部分，形成上述空腔。本发明的半导体装置的制造方法优选的是，在上述贯通孔形成工序中，在上述第 一基板的规定位置照射激光而形成改性部，通过除去该改性部形成上述空腔。本发明的半导体装置的制造方法优选的是，在上述贯通孔形成工序之后，还具有 形成对上述空腔进行气密密封的密封部的密封部形成工序。本发明的半导体装置包括第一基板，其具有光透过性；第二基板，其在一面上具 有功能元件，以该功能元件与上述第一基板相对的方式进行贴合；空腔，其配置在上述第一 基板与上述第二基板的贴合部中与上述功能元件对应的部分；以及贯通孔，其配置为与该 空腔连通。在本发明的半导体装置中，上述功能元件优选是摄像元件。在本发明的半导体装置中，上述功能元件优选是压力传感器元件。本发明，在贴合第一基板和第二基板之后，使至少一方的基板薄板化，之后形成空 腔。由此，能够避免由空腔的有无引起的研削后的凹凸或裂纹的产生，能够更均勻地进行薄 晶片的研削。由此，相比于现有技术，能够使封装的厚度更薄。结果，可提供能够以更简便 的工序制造本发明中有助于器件和搭载有它们的电子设备的小型化的半导体装置的半导 体装置的制造方法。此外，在本发明中，能够避免由空腔的有无引起的凹凸或裂纹的产生，基板能够更 均勻地被薄板化。由此，可提供能够有助于器件和搭载有它们的电子设备的小型化的半导 体装置。


图1是表示本发明的半导体装置的一个例子的截面图；图2A是以工序顺序表示图1所示的半导体装置的制造方法的截面图；图2B是以工序顺序表示图1所示的半导体装置的制造方法的截面图；图2C是以工序顺序表示图1所示的半导体装置的制造方法的截面图；图2D是以工序顺序表示图1所示的半导体装置的制造方法的截面图；图2E是以工序顺序表示图1所示的半导体装置的制造方法的截面图；图3是表示本发明的半导体装置的另一个例子的示意性的截面图；图4A是以工序顺序表示图3所示的半导体装置的制造方法的截面图；图4B是以工序顺序表示图3所示的半导体装置的制造方法的截面图；图4C是以工序顺序表示图3所示的半导体装置的制造方法的截面图；图4D是以工序顺序表示图3所示的半导体装置的制造方法的截面图；以及图4E是以工序顺序表示图3所示的半导体装置的制造方法的截面图。附图符号说明IAUB(I)半导体装置；11、21第一基板；12、22第二基板；13、23功能元件；14感光 性树脂；15,24空腔；16,25贯通孔；17,26密封部
具体实施例方式以下基于

本发明的半导体装置的一个实施方式。(第一实施方式)首先说明本发明的第一实施方式。图1是表示本实施方式的半导体装置的一个例子的示意性的截面图。该半导体装置IA(I)包括具有光透过性的第一基板11 ；在一面上具有功能元件 13，以该功能元件13与上述第一基板11相对的方式与第一基板11贴合的第二基板12 ；配 置在上述第一基板11与上述第二基板12的贴合部中与上述功能元件13对应的部分的空 腔15 ；配置为与该空腔15连通的贯通孔16 ；以及密封空腔15和贯通孔16的密封部17。在该半导体装置IA中，第一基板11和第二基板12由感光性树脂14贴合。本发明的半导体装置IA能够避免由空腔的有无引起的凹凸或裂纹的产生，基板 能够更均勻地薄板化。由此能够有助于器件和搭载有它们的电子设备的小型化。作为第一基板11，没有特别限定，作为优选的结构，能够举例表示玻璃、硅等半导 体、蓝宝石等单晶体、树脂、或它们的复合材料构成的透明基板。特别是，为了能够将半导体 装置IA应用于图像传感器封装，第一基板11优选使用在可见区域中透明的玻璃基板(例 如Pyrex(注册商标)制造)。第一基板11的厚度并无特别限定，但例如优选为150μπι Imm左右。第二基板12例如由半导体基板构成。作为半导体基板，可以是硅晶片等半导体晶 片，也可以是将半导体晶片截断(切割，dicing)为芯片尺寸的半导体芯片。此外，在第二基板12的表面安装有功能元件13。在该第二基板12中，虽然没有特 别图示，但设置有用于使功能元件13与外部的电路等导通的硼(boron)的扩散层、贯通第 二基板12的表面和背面而设置的贯通电极等。功能元件13，在本实施方式中，例如是CCD元件等摄像元件或压力传感器元件。此外，作为功能元件13的其它例子，例如能够使用IC芯片、光元件、微继电器、微 开关、加速度传感器、高频滤波器、微反射镜、微反应器、μ -TAS、DNA芯片、MEMS系统、微燃 料电池等。接着，说明这样的半导体装置IA的制造方法。本发明的半导体装置的制造方法依次具有工序α，其将具有光透过性的第一基 板11和在一面上具有功能元件13的第二基板12，以该功能元件13与第一基板11相对的 方式进行贴合；工序β，其使上述第一基板11和上述第二基板12中至少一方(此处为第 二基板12)薄板化；以及工序Y，其在上述第一基板11和上述第二基板12的贴合部的至 少一部分形成空腔15和与该空腔15连通的贯通孔16。在本发明中，在贴合第一基板11和第二基板12之后，使一方的基板薄板化，之后 形成空腔15。由此，能够避免由空腔15的有无引起的研削后的凹凸或裂纹的产生，能够更 均勻地进行薄基板的研削。由此，相比于现有技术，能够使封装的厚度更薄。结果，能够以更简便的工序制造 本发明的能够有助于器件和搭载有它们的电子设备的小型化的半导体装置。图2Α 2Ε是表示本实施方式的制造方法中的各工序的示意性的截面图。
以下，对各工序进行详细说明。另外，在以下的说明中，举出具体的例子进行说明， 但本发明并不限定于此。(1)首先，如图2A所示，将具有光透过性的第一基板11和在一面上具有功能元件 13的第二基板12，以该功能元件13与第一基板11相对的方式进行贴合(工序α )。在本实施方式中，对贴合部分供给感光性树脂14，在之后的工序中使其曝光、固 化，由此贴合第一基板11和第二基板12。作为第一基板11，为了能够应用于图像传感器封装，使用在可见区域中透明的玻 璃基板(Pyrex (注册商标)，4英寸，厚度500 μ m)。作为第二基板12，使用在一面上作为功能元件13配置有MEMS器件、图像传感器的 Si基板(4英寸，厚度525 μ m)。另外，在第一基板11上，在形成空腔15的位置预先形成有一个贯通孔16。作为感光性树脂14，并没有特别限定，例如能够使用聚酰亚胺、环氧树脂、硅树脂寸。树脂的涂敷方法并无特别限定，例如能够使用冲压、分配(dispense)、旋转涂胶、 喷涂等方法。此处，作为感光性树脂14，使用被曝光的位置固化的负型的感光性树脂。(2)接着，如图2B所示，使上述第一基板11和上述第二基板12的至少一方薄板化 (工序β)。在贴合第一基板11和第二基板12之后，进行第二基板12的研削使其薄板化。在 本实施例中，在机械研削第二基板12(Si基板)之后，进行抛光加工，使第二基板12的厚度 为 100 μ m。(3)接着，如图2C所示，在上述第一基板11和上述第二基板12的贴合部的至少一 部分形成空腔15 (工序γ )。由此，预先形成的贯通孔16成为与空腔15连通的状态。此处，在本实施方式中，通过除去固化后的感光性树脂14的规定部分，形成上述 空腔15。首先，从第一基板11侧对感光性树脂14照射光，进行曝光而使其固化。此时，使 希望形成空腔15的位置的感光性树脂14为非曝光(图中表示为非曝光部14a)，在后面的 工序中利用药液而除去。由此，能够使该位置成为空腔15。另外，从第一基板11侧照射光 是因为，第一基板11由玻璃构成，因此光能够透过而进行感光性树脂14的曝光。接着，如图2D所示，利用药液除去非曝光部14a，形成空腔15。此时，在向非曝光 部14a的药液的导入中，使用形成在第一基板11的贯通孔16。该贯通孔16可以预先形成 在第一基板11，此外也可以在基板贴合后再形成。(5)之后，如图2E所示，形成对上述空腔15进行气密密封的密封部17 (工序δ)。在形成空腔15之后，可以利用由低熔点玻璃、树脂等构成的密封部17堵塞上述贯 通孔16。由此，能够对空腔15进行气密密封。此外，能够将通过研削薄板化后的空腔15上 的第二基板12用作具有可挠性的膜片，能够追加压力传感等新的功能。如上所述得到图1所示的半导体装置1Α。这样得到的半导体装置1Α，能够避免由空腔的有无引起的凹凸或裂纹的产生，基 板更均勻地薄板化。由此能够有助于器件和搭载有它们的电子设备的小型化。
另外，第二基板12和第一基板11可以是本实施例以外的组合，也可以是 Pyrex(注册商标)基板或者其它的玻璃和Si晶片等。此外，其厚度也能够适当地设定于 150μπι Imm左右。感光性树脂14也可以是曝光部能够被药液除去的正型的树脂。并且， 用于药液导入的贯通孔16的个数也可以为多个。(第二实施方式)接着，说明本发明的第二实施方式。图3是表示本实施方式的半导体装置的一个例子的示意性的截面图。该半导体装置IB(I)包括具有光透过性的第一基板21 ；在一面上具有功能元件 23，以该功能元件23与上述第一基板21相对的方式与第一基板21贴合的第二基板22 ；配 置在上述第一基板21与上述第二基板22的贴合部中与上述功能元件23对应的部分的空 腔24 ；配置为与该空腔24连通的贯通孔26 ；以及密封空腔24和贯通孔25的密封部26。本发明的半导体装置IB能够避免由空腔24的有无引起的凹凸或裂纹的产生，基 板能够更均勻地薄板化。由此能够有助于器件和搭载有它们的电子设备的小型化。第一基板21、第二基板22和功能元件23分别能够使用与上述的第一基板11、第 二基板12和功能元件13相同的结构。接着，说明这样的半导体装置IB的制造方法。本发明的半导体装置的制造方法依次具有工序α，其将具有光透过性的第一基 板21和在一面上具有功能元件23的第二基板22，以该功能元件23与第一基板21相对的 方式进行贴合；工序β，其使上述第一基板21和上述第二基板22中至少一方(此处为第 二基板22)薄板化；以及工序Y，其在上述第一基板21和上述第二基板22的贴合部的至 少一部分形成空腔24和与该空腔24连通的贯通孔25。在本发明中，在贴合第一基板21和第二基板22之后，使一方的基板薄板化，之后 形成空腔24。由此，能够避免由空腔24的有无引起的研削后的凹凸或裂纹的产生，能够更 均勻地进行薄晶片的研削。由此，相比于现有技术，能够使封装的厚度更薄。结果，能够以更简便的工序制造本发明的能够有助于器件和搭载有它们的电子设 备的小型化的半导体装置。图4Α 4Ε是表示本实施方式的制造方法中的各工序的示意性的截面图。以下，对各工序进行详细说明。另外，在以下的说明中，举出具体的例子进行说明， 但本发明并不限定于此。(1)首先，如图4Α所示，将具有光透过性的第一基板21和在一面上具有功能元件 23的第二基板22，以该功能元件23与第一基板21相对的方式进行贴合(工序α )。首先，贴合第二基板22和第一基板21。在本实施例中，作为第一基板21，使用 Pyrex (注册商标)玻璃基板(4英寸，厚度500 μ m)，作为第二基板22，使用在一面上作为功 能元件23配置有MEMS器件、图像传感器的Si基板(4英寸，厚度525 μ m)，通过阳极接合使 两者贴合。接着，如图4B所示，使上述第一基板21和上述第二基板22的至少一方薄板化(工 序β)。在贴合第一基板21和第二基板22之后，进行第二基板22的研削使其薄板化。在 本实施例中，在机械研削第二基板22之后，进行抛光加工，使第二基板22的厚度为100 μ m。
7
(3)接着，如图4C所示，在上述第一基板21和上述第二基板22的贴合部的至少一 部分形成空腔24和与该空腔24连通的贯通孔25 (工序γ )。此处，在本实施方式中，对上述第一基板21的规定位置照射激光L，形成改性部 21a、21b，通过除去该改性部21a、21b，分别形成贯通孔25和空腔24。对第一基板21与第二基板22的接合界面附近照射激光L进行改性。在本实施例 中，首先从第一基板21即Pyrex(注册商标)玻璃的表面在垂直方向形成改性部21a，接着 对接合界面附近的Pyrex (注册商标)玻璃以与希望形成的空腔24的大小相对应的方式进 行改性，形成改性部21b。在本实施方式中，作为激光L，使用飞秒激光(平均功率800mW， 脉冲宽度250fs，反复频率2kHz，波长800nm)，通过对Pyrex(注册商标)玻璃内部进行 聚光照射，形成改性部2la、2lb。进一步，如图4D所示，利用药液蚀刻改性部2la、21b，形成空腔24和贯通孔25。此 处，改性部21a、21b与没有改性的部分相比，更快被蚀刻，因此，结果能够分别形成空腔24 和贯通孔25。(5)之后，如图4E所示，形成对上述空腔24进行气密密封的密封部26 (工序δ)。在形成空腔24之后，可以利用由低熔点玻璃、树脂等构成的密封部26堵塞上述贯 通孔25。由此，能够对空腔24进行气密密封。此外，能够将通过研削薄板化后的空腔24上 的第一基板21用作具有可挠性的膜片，能够追加压力传感等新的功能。如上所述得到图3所示的半导体装置1Β。这样得到的半导体装置1Β，能够避免由空腔的有无引起的凹凸或裂纹的产生，基 板更均勻地薄板化。由此能够有助于器件和搭载有它们的电子设备的小型化。另外，第一基板21和第二基板22可以是本实施例以外的组合，也可以是 Pyrex (注册商标)基板或者其它的玻璃和Si晶片等。在此情况下，激光L的波长被适当地 设定为能够透过该基板。此外，其厚度也能够适当地设定于150μπι Imm左右。接合方法 并不限定于阳极接合，也可以使用常温接合或粘接剂。进一步，纵方向的改性部也可以为多 个。以上说明了本发明的优选实施例，但本发明并不限定于这些实施例。能够在不脱 离本发明的主旨的范围内，进行结构的追加、省略、置换和其它变更。本发明并不限定于前 面所叙述的内容，仅由权利要求的范围所限定。产业上的可利用性本发明能够广泛地应用于具有空腔的半导体装置和其制造方法。
权利要求
一种半导体装置的制造方法，其包括贴合工序，其将具有光透过性的第一基板和在一面上具有功能元件的第二基板，以所述功能元件与所述第一基板相对的方式贴合；薄板化工序，其使所述第一基板和所述第二基板中的至少一方薄板化；以及贯通孔形成工序，其在所述第一基板和所述第二基板的贴合部的至少一部分，形成空腔和与该空腔连通的贯通孔。
2.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，在所述贴合工序中，对贴合部分供给感光性树脂，使该感光性树脂曝光而固化，由此贴 合所述第一基板和所述第二基板，在所述贯通孔形成工序中，通过除去固化后的所述感光性树脂的规定部分，形成所述空腔。
3.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中， 在所述贯通孔形成工序中，对所述第一基板的规定位置照射激光而形成改性部，通过 除去该改性部形成所述空腔。
4.如权利要求1所述的半导体装置的制造方法，其中，在所述贯通孔形成工序之后，还具有形成对所述空腔进行气密密封的密封部的密封部 形成工序。
5.一种半导体装置，其包括 第一基板，其具有光透过性；第二基板，其在一面上具有功能元件，以该功能元件与所述第一基板相对的方式进行 贴合；空腔，其配置在所述第一基板与所述第二基板的贴合部中与所述功能元件对应的部 分；以及贯通孔，其配置为与该空腔连通。
6.如权利要求5所述的半导体装置，其中， 所述功能元件是摄像元件。
7.如权利要求5所述的半导体装置，其中， 所述功能元件是压力传感器元件。
全文摘要
本发明提供半导体装置和其制造方法。本发明的半导体装置的制造方法包括贴合工序，其将具有光透过性的第一基板和在一面上具有功能元件的第二基板，以上述功能元件与上述第一基板相对的方式贴合；薄板化工序，其使上述第一基板和上述第二基板中的至少一方薄板化；以及贯通孔形成工序，其在上述第一基板和上述第二基板的贴合部的至少一部分，形成空腔和与该空腔连通的贯通孔。根据本发明，能够避免由空腔的有无引起的研削后的凹凸或裂纹的产生，能够使基板更均匀地薄板化。此外，能够以更简便的工序制造能够有助于器件和搭载有它们的电子设备的小型化的半导体装置。
文档编号B81C3/00GK101897018SQ20088012071
公开日2010年11月24日 申请日期2008年12月12日 优先权日2007年12月25日
发明者山本敏, 桥本广和 申请人:株式会社藤仓