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：
本发明涉及一种半导体装置，特别涉及封装型半导体装置及其制造方法。
背景技术：
近年来，作为新的封装技术，受到关注的是CSP (Chip Size Package: 芯片尺寸封装)。CSP是指具有与半导体芯片的外形尺寸大致相同的小型封装。
现在，作为CSP的一种，公开了 BGA (Ball Grid Array:球栅阵列)型 半导体装置。该BGA型半导体装置设置有多个与设置在半导体基板上的焊 盘电极电连接的球状导电端子。
在将该BGA型半导体装置组装入电子器件时，通过将各导电端子安装 在印刷基板上的配线图案上，从而将半导体芯片和搭载在印刷基板上的外 部电路电连4妄。
这样的BGA型半导体装置与具有在侧部突出的引脚的SOP (Small Outline Package:小轮廓封装)和QFP ( Quad Flat Package:四方平面封装) 等其它CSP型半导体装置相比，因具有可设置多个导电端子并可小型化的 优点，所以被广泛使用。
图14是表示现有的BGA型半导体装置110的概略结构的剖面图。在 由硅(Si)等构成的半导体基板100的表面，形成CCD (Charge Coupled Device:电荷耦合器件)型图像传感器或CMOS型图像传感器等器件元件 101,并且，经由第一绝缘膜103形成焊盘电极102。另外，在半导体装置 100的表面，例如，经由由环氧树脂等构成的粘接层105粘接有玻璃基板 104。另外，在半导体基板100的侧面及背面，形成有由氧化硅膜或氮化硅 膜等构成的第二绝缘膜106。
第二绝缘膜106上形成有与焊盘电极102电连接的配线层107。配线层 107形成在半导体基板100的侧面及背面。另外，形成有覆盖第二绝缘膜
106及配线层107、且由抗焊剂等构成的保护层108。在配线层107上的保 护层108的规定区域形成开口部，贯通该开口部形成有与配线层107电连 接的球状导电端子109。
上述技术在以下专利文献中有记载。
专利文献l:(日本)特开2005-072554号公报
作为组装有如上所述的封装型半导体装置的装置整体，.要求薄型化、 小型化。
另外，在上述现有半导体装置110中，在制造工艺过程和实际使用状 态下，存在水、药液、金属离子等产生腐蚀的原因的物质浸入而腐蚀配线 层107的问题。

发明内容
本发明的目的在于提供一种可靠性高，且可实现更加小型化装置的封 装型半导体装置及制造方法。
本发明是鉴于上述课题而开发的，具有以下主要特征。即，本发明的 半导体装置，其特征在于，具有半导体基板，其表面形成有器件元件； 焊盘电极，其与所述器件元件电连接；绝缘膜，其覆盖所述半导体基板的 侧面及背面；配线层，其与所述焊盘电极电连接，并沿所述半导体基板的 侧面形成；侧壁电极，其从所述半导体基板的侧面侧向外部露出，沿所述 半导体基板的侧面形成，且经由所述配线层与所述焊盘电极电连接；保护 层，其包围所述侧壁电极，并且，覆盖所述半导体基板的背面侧，在与所 述侧壁电极重叠的区域具有开口 。
另外，本发明的半导体装置的制造方法，其特征在于，具有准备半 导体基板，该半导体基板表面上形成有器件元件及与所述器件元件电连接 的焊盘电极，从所述半导体基板的背面侧除去所述半导体基板的一部分并 使所述焊盘电极的至少一部分露出的工序；经由绝缘膜在所述半导体基板 侧面形成与所述露出的焊盘电极电连接的配线层的工序；形成覆盖所述半 导体装置的背面侧，并在侧壁电极形成区域具有开口部的保护层的工序； 在所述保护层开口的区域沿所述半导体基板的侧面形成侧壁电极的工序， 所述侧壁电极从所述半导体基板的侧面侧向外部露出，并经由所述配线层 与所述焊盘电极电连接。 在本发明中，不是象现有技术那样在半导体基板的背面上形成球状导 电端子，而是沿半导体基板的侧面形成侧壁电极。因此，与现有技术相比， 可谋求半导体装置的薄型化。另外，在本发明中，沿半导体基板的侧面形 成配线层，进而沿半导体基板的侧面形成侧壁电极。因此，侧壁电极可防 止来自外部的腐蚀性物质的浸入，与现有技术相比可抑制配线层的腐蚀。


图1是说明本发明实施例的半导体装置及其制造方法的剖面图； 图2是说明本发明实施例的半导体装置及其制造方法的剖面图； 图3 (a)及(b)是说明本发明实施例的半导体装置及其制造方法的平 面图4是说明本发明实施例的半导体装置及其制造方法的剖面图； 图5是说明本发明实施例的半导体装置及其制造方法的剖面图； 图6是说明本发明实施例的半导体装置及其制造方法的剖面图； 图7是说明本发明实施例的半导体装置及其制造方法的剖面图； 图8是说明本发明实施例的半导体装置及其制造方法的剖面图； 图9是说明本发明实施例的半导体装置及其制造方法的剖面图； 图10是说明本发明实施例的半导体装置及其制造方法的平面图； 图11是说明本发明实施例的半导体装置及其制造方法的剖面图； 图12是说明本发明实施例的半导体装置及其制造方法的剖面图； 图13是说明本发明其它实施例的半导体装置及其制造方法的剖面图14是说明现有半导体装置的剖面图。
附图标记说明
1器件元件2半导体基板第一绝缘膜
4焊盘电极5钝化膜6粘接层
7支承体8开口部9第二绝缘膜
10配线层11电极连接层12保护层
13侧壁电极20半导体装置30电路基板
31外部电极32红外线吸收层33反射层
35电^各基板36凹部37外部电极
38 外部电极
102焊盘电极
105 粘接层 108保护层
DL 切割线
100 半导体基板
103 第一绝缘膜 106第二绝缘膜
109 导电端子
101 器件元件
104 玻璃基板
107 配线层 110半导体装置
具体实施例方式
下面，参照

本发明的实施例。图1-图IO是分别是顺序表示 制造工序的剖面图或平面图。另外，以下说明的制造工序是使用晶片状的 半导体基板ii行的，以规定的切割线为边界，多个半导体装置形成为矩阵 状，但为了方便起见仅说明形成其中 一个半导体装置的工序。
首先，如图l所示，准备半导体基板2，该半导体基板2由在其表面形 成器件元件1 (例如，CCD、红外线传感器、CMOS传感器等受光元件或发 光元件或其它半导体元件)的硅(Si)等构成。半导体基板2例如其厚度为 300pm~700|Am左右。接着，在半导体基板2的表面形成例如膜厚2jim的 第一绝缘膜3 (例如，通过热氧化法或CVD法等形成的硅氧化膜)。
接着，通过溅射法或电镀法或其它成膜方法形成铝(Al)或铝合金或 铜(Cu)等金属层，此后将未图示的抗蚀层作为掩模有选择地蚀刻该金属 层，在第一绝缘膜3上形成例如膜厚lpm的焊盘电极4。焊盘电极4是经 由未图示的配线与器件元件1和其周边元件电连接的外部连接用电极。另 外，在图1中，虽然在器件元件1的两侧配置焊盘电极4，但其位置并不限 于此，也可在器件元件1上配置。
接着，在半导体基板2的表面形成覆盖在焊盘电极4的一部分上或全 部的钝化膜5(例如，通过CVD法形成的氧化硅膜)。在图1中，以覆盖在 焊盘电极4 一部分上的方式形成钝化膜5 。
接着，在包含焊盘电极4的半导体基板2的表面上，经由环氧树脂、 聚酰亚胺(例如感光性聚酰亚胺)、抗蚀剂、丙烯等粘接层6贴合支承体7。
支承体7即可以是例如薄膜状的保护带，也可以是玻璃或石英、陶瓷、 金属等刚性基板，也可由树脂构成。支承体7支承半导体基板2，并且具有 保护其元件表面的功能。另外，当器件元件1是受光元件或发光元件时， 支承体7由透明或半透明的材料构成，具有使光透过的性能。
接下来，对半导体基板2的背面，使用背面磨削装置(研磨机)进行
背研磨，将半导体装置2的厚度减薄为规定的厚度(例如5O4m左右)。另 外，该磨削工序即可以为蚀刻处理，也可一并进行研磨和蚀刻处理。根据 最终产品的用途或规格、所准备的半导体基板2最初的厚度，也存在没有 必要进行该磨削工序的情况。
接着，如图2所示，从半导体基板2的背面侧有选择地仅仅蚀刻半导 体基板2中的对应焊盘电极4的规定区域，并使第一绝缘膜3部分露出。 以下，将该露出部分作为开口部8。
参照图3 (a)、 (b)说明该半导体基板2的有选择的蚀刻。图3 (a)、 (b )是从下方(半导体基板2 —侧)观察的概略平面图，图2与图3 ( a )、 (b)中的沿X-X线的剖面图对应。
如图3 (a)所示，也可将半导体基板2蚀刻成比支承体7的宽度窄且 呈大致长方形的形状。另外，如图3 (b)所示，通过仅蚀刻形成焊盘电极 4的区域，也可构成为半导体基板2的外周是凹凸状的结构。后者，半导体 基板2和支承体7重叠的面积大， 一直到支承体7的外周附近都残留冇半 导体基板2。因此，从提高支承体7对于半导体基板2的支承强度的观点来 看，优选为后者的结构。另外，根据后者的结构，可以防止因半导体基板2 和支承体7的热膨胀率的差异而导致支承体7的翘曲，所以，可以防止半 导体装置的裂紋或剥离。另外，也可将半导体装置2设计成与图3(a)、 (b) 所示的平面形状不同的其它形状。
另外，在本实施例中，虽然以半导体基板2的横向宽度越靠近表面侧 越宽的方式、半导体装置2的侧壁倾斜地被蚀刻，但也可以是半导体基板2 的宽度一定、其侧壁相对支承体7的主面垂直地被蚀刻。
接着，如图4所示，在开口部8内部及半导体基板2 ^背面上形成第 二绝缘膜9。该第二绝缘膜9例如是通过等离子CVD法形成的氧化硅膜或 氮化硅膜等绝缘膜。
接着，如图5所示，将未图示的抗蚀层作为掩模，有选择地蚀刻第一 绝缘膜3及第二绝缘膜9。通过该蚀刻，在从焊盘电极4的一部分直到切割 线DL的区域所形成的第一绝缘膜3及第二绝缘膜9被除去，在开口部8的 底部，焊盘电极4的至少一部分露出。
通过賊射法或电镀法或其它成膜方法形成膜厚例如lpm的、构成配线层10的铝(Al)或铜(Cu)等导电层。此后，将未图示的抗蚀层作为掩模， 有选择地蚀刻该导电层。如图6所示，通过该蚀刻，导电层变为经由第二 绝缘膜9沿半导体基板2的侧面形成的配线层10。另外，配线层10至少与 焊盘电极4的一部分连接，并延伸到半导体基板2背面的一部分上。
如图7所示，形成覆盖配线层IO的电极连接层11。之所以形成电极连 接层11是因为由铝等构成的配线层10和由后述的焊锡等构成的侧壁电极 13难以接合，另外也是为了防止侧壁电极13的材料流入到焊盘电极4。因 此，优选为如图7所示以覆盖配线层10整体的方式形成。电极连接层11 是例如依次层压镍(Ni)层和金(Au)层而形成的层，可将抗蚀层作为掩 模依次賊射这些金属，此后通过将抗蚀层除去的剥离(lift-off)法或电镀法 形成。
另外，电极连接层11的材质可根据配线层10或侧壁电极13的材质适 当变更。即，也可通过除镍层和金层之外的钛(Ti)层、钨(W)层、铜(Cu) 层、锡(Sn)层、钒(V)层、镍钒(NiV)层、钼(Mo)层、钽(Ta )层 等构成，只要将配线层IO和侧壁电极13之间电连接，具有保护配线层10 的功能，并不限定其材质，也可是它们的单层或层积层。作为层积结构的 例子，可以是镍层/金层、钛层/镍层/铜层、钛层/镍层/金层、钛层/镍钒层/ 铜层等。
接着，如图8所示，形成例如膜厚10pm的、在后述的侧壁电极13的 形成区域具有开口的保护层12。保护层12的形成例如如下进行。首先，通 过涂覆/涂布法全面涂覆聚酰亚胺类树脂、抗焊剂等有机材料，并施加热处 理(预烘干)。接着，曝光/显影涂覆的有机材料，形成使电极连接层11的 表面露出的开口，此后通过对其施加热处理(后烘干)，从而得到在侧壁电 极13的形成区域具有开口的保护层12。
接着，在从保护层12的开口露出的电极连接层11上网板印刷导电材料 (例如焊锡)，并通过热处理使该导电材料回流。这样，如图9所示，经由 配线层IO及电极连接层11与焊盘电极4电连接的侧壁电极13沿半导体基 板2的侧面形成。本实施例中的侧壁电极13大致对应焊盘电极4的形成位 置，沿支承体7的外周形成。另外，从半导体基板2的侧面侧向外部露出。
另外，侧壁电极13的形成方法并不限于上述方法，也可使用将电极连 接层11作为电镀电极使用的电解电镀法或使用分配器将焊锡等涂覆在规定 区域的所谓分配法(涂覆法)等形成。另外，侧壁电极13也可以金或铜、 镍为材料，其材料并没有特別的限定。
接着，沿切割线DL切断，分割成各个半导体装置20。另外，作为分 割为各个半导体装置20的方法，有切割法、蚀刻法、激光切断法等方法。 支承体7虽然可保持贴合在半导体基板2的状态，但也可在切割工序前后 将其从半导体基板2剥离。
图10是从半导体装置20的背面侧(未形成支承体7的一侧)观察的 平面图的概略图。这样，半导体装置20中，侧壁电极13沿外周存在于多 个位置。另外，图9中的半导体装置20对应图IO的沿Z-Z线的剖面图。
在本实施例中，不是象现有结构(参照图14)在半导体基板的背面上 形成球状导电端子，而是沿半导体基板的侧面形成侧壁电极13。因此，与 现有结构相比，可谋求半导体装置的薄型化。
另外，沿半导体基板2的侧面形成配线层10，该配线层10被侧壁电极 13覆盖。因此，侧壁电极13可防止腐蚀物质向配线层10的浸入，与现有 结构相比可抑制配线层10的腐蚀。另外，通过覆盖配线层10的电极连接 层ll,也可防止腐蚀物质向配线层10的浸入。 '
但是，假设在半导体基板2的背面配线材料(例如铝)宽广地形成， 则存在从支承体7侧入射的特定波长的光(例如红外线)透过半导体基板2, 通过配线材料反射到器件元件1侧的情况。当器件元件1为受光元件时， 这一情况是导致在输出图形上映入配线图案的原因。
但，在本实施例中,可避开该问题。在现有结构中，为了形成球状导 电端子109，有必要使一定长度的配线层在半导体基板的背面延伸。与此相 对，在本实施例中，通过形成侧壁电极13,与现有结构相比可缩短半导体 基板2背面上的配线层10的长度。
另外，因可以消除上述配线图案映入的问题，所以可扩大占据半导体 基板2平面面积的器件先件1的面积。因而，例如可扩大受光区域或发光 区域，具有可制造更加小型化的高性能半导体装置的优点。
接着，说明将半导体装置20安装到电路基板(组件基板)时的例子。 另外，在以下说明中，以器件元件l是CCD型或CMOS型图像传感器等受 光元件，半导体装置2作为摄像组件的摄像装置使用的场合进行说明。
例如，如图11所示，侧壁电极13直接与如印刷基板的电路基板30的
外部电极31连接。另外，虽然未图示，但侧壁电极13和其它装置的电极 也可经由接合线或配线等导电性物质间接连接。
另夕卜，如图ll所示，电路基板30中的与器件元件1的受光区域重叠的 位置、且与侧壁电极13不重叠的位置，也可形成吸收特定波长的光的层(例 如，红外线吸收层32 )。'红外线吸收层32例如由添加黑色颜料等红外线吸 收材料的树脂层构成。根据该结构，可防止从支承体7侧入射并透过半导 体装置2的红外线通过电路基板30的表面反射到器件元件1侧。
或者，也可代替图11中的红外线吸收层32,在该位置形成反射层33。 反射层33是使从支承体7经由半导体基板2向其背面方向入射的特定波长 的光(例如红外线)进一步透过到前端，具有反射到器件元件1侧的功能 的层。反射层33例如含有铝或铜等金属材料，通过'CVD法或溅射法等成 膜法形成。根据该结构，从支承体7侧入射并透过半导体基板2到达反射 层33的光反射到器件元件1侧。因此，可使相对器件元件1的光强度上升， 并提高输出图像的对比度。
另外，也可如图12所示将半导体装置20安装到电路基板。如图12所 示，电路基板35上形成有凹部36，以将凸部(半导体装置20的半导体基 板2 —侧)埋入到该凹部36的方式载置半导体装置20。凹部36的形成， 例如通过由激光照射的蚀刻或由钻头的切削等进行。在电路基板35的凹部 36的台阶处增高的表面上形成有外部电极37。
接着，侧壁电极13的与支承体7接近的部分和外部电极37直接接触。 另夕卜，也可沿凹部36的侧面设置外部电极38，将该外部电极38和侧壁电 极13直接接触。这样，根据本实施例的半导体装置，安装到电路基板的方 法可以变更，从而提高设计的自由度。
另外，在现有结构(参照图14)中，将半导体装置IIO安装到电路基 板之后，难以将导电材料补充到导电端子109的形成部分。即，在构成导 电端子109的导电材料不足的状态下完成半导体装置，此后将其安装到电 路基板之后时，产生接触不良的问题，难以消除该问题。与此相对，在本 实施例中，侧壁电极13沿半导体基板2的侧面形成。因此，安装到电路基 板后，例如从图12的半导体装置20和电路基板35之间如箭头40所示补 充侧壁电极13的材料(例如焊锡)，从而可以在事后消除接触不良的问题。
另外，本发明并不限于上述实施例，不言而喻，在不脱离其要旨的范围内可进行各种设计变更。例如，如图13所示，在形成配线层10的工序
中，也可形成为配线层10不在半导体基板2的背面的一部分上延伸。另夕卜， 同样如该图所示，关于电极连接层11也可形成为不在半导体基板2的背面 的一部分上延伸。这样通过构图配线层IO和电极连接层11，可抑制侧壁电 极13从半导体基板2的背面侧突出，从而可谋求半导体装置的进一步薄型 化。另外，此时的侧壁电极13优选为通过分配法形成。
另外，作为抑制侧壁电极13从半导体基板2的背面侧突出的其它实施 例，如图7所示，也可为形成在半导体基板2背面的一部分上延伸的配线 层IO及电极连接层11之后，如图13所示，形成覆盖电极连接层ll，并且 覆盖半导体基板2背面侧的保护层12，此后，在未被保护层12覆盖的电极 连接层11上形成侧壁电极13。
权利要求
1.一种半导体装置，其特征在于，具有半导体基板，其表面形成有器件元件；焊盘电极，其与所述器件元件电连接；绝缘膜，其覆盖所述基板半导体基板的侧面及背面；配线层，其与所述焊盘电极电连接，并沿所述半导体基板的侧面形成；侧壁电极，其从所述半导体基板的侧面侧向外部露出，沿所述半导体基板的侧面形成，且经由所述配线层与所述焊盘电极电连接；保护层，其包围所述侧壁电极，并且，覆盖所述半导体基板的背面侧，在与所述侧壁电极重叠的区域具有开口。
2. 如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，在所述侧壁电极和 所述配线层之间，具有覆盖所述配线层、并且电连接所述侧壁电极和所述 配线层之间的电极连接层。 '
3. 如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，在所述半导体 基板的表面上具有支承体。
4. 如权利要求1-3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述配 线层延伸到所述半导体基板背面的一部分上。
5. —种半导体装置的制造方法，其特征在于，具有 准备半导体基板，该半导体基板表面上形成有器件元件及与所述器件元件电连接的焊盘电极，从所述半导体基板的背面侧除去所述半导体基板 的一部分并使所述焊盘电极的至少一部分露出的工序；经由绝缘膜在所述半导体基板侧面形成与所述露出的焊盘电极电连接 的配线层的工序；形成保护层的工序，该保护层覆盖所述半导体装置的背面侧，并在侧 壁电极形成区域具有开口部；在所述保护层开口的区域沿所述半导体基板的侧面形成侧壁电极的工 序，所述侧壁电极从所述半导体基板的侧面侧向外部露出，并经由所述配 线层与所述焊盘电极电连接。
6. 如权利要求5所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，在形成 所述配线层的工序之后，具有形成覆盖所述配线层、并且电连接所述侧壁 电极和所述配线层之间的电极连接层的工序。
7. 如权利要求5或6所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，具 有使支承体贴合在所述半导体基板表面上的工序。
8. 如权利要求5 ~ 7中任一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在 于，在形成所述配线层的工序，所述配线层以在所述半导体基板背面的一 部分上延伸的方式形成。,
全文摘要
本发明的目的在于提供一种可靠性高，且可实现更加小型化装置的封装型半导体装置及其制造方法。首先，准备半导体基板(2)，该半导体基板(2)的表面上形成有器件元件(1)和焊盘电极(4)。接着，从半导体基板(2)的背面侧有选择地进行蚀刻，形成开口部(8)。然后，形成覆盖半导体基板(2)的侧面及背面的第二绝缘膜(9)。接着，有选择地除去开口部(8)底部的第一及第二绝缘膜(3、9)，使焊盘电极(4)部分露出。然后，沿半导体基板(2)的侧面形成与露出的焊盘电极(4)电连接的配线层(10)。接着，形成覆盖配线层(10)的电极连接层(11)。然后，形成覆盖半导体基板(2)的背面侧、并在侧壁电极形成区域具有开口部的保护层(12)。最后，在保护层(12)的开口露出的区域形成侧壁电极(13)。
文档编号H01L23/485GK101170090SQ20071016688
公开日2008年4月30日 申请日期2007年10月23日 优先权日2006年10月23日
发明者冈田和央, 北川胜彦, 大久保登, 山田纮士, 森田佑一, 石部真三, 窱木裕之, 野间崇 申请人:三洋电机株式会社;三洋半导体株式会社