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JP2010040850A - Semiconductor device and producing method of the same - Google Patents

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JP2010040850A
JP2010040850A JP2008203213A JP2008203213A JP2010040850A JP 2010040850 A JP2010040850 A JP 2010040850A JP 2008203213 A JP2008203213 A JP 2008203213A JP 2008203213 A JP2008203213 A JP 2008203213A JP 2010040850 A JP2010040850 A JP 2010040850A
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JP
Japan
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semiconductor substrate
substrate
light
semiconductor device
adhesive layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2008203213A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideo Nakayoshi
英夫 中吉
Kenji Takahashi
健司 高橋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JP2010040850A publication Critical patent/JP2010040850A/en
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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having superior mechanical strength, and to provide a method of producing the same device. <P>SOLUTION: The semiconductor device 1 includes a light-receiving part 3 on a first main surface 2a and is provided with a semiconductor substrate 2, having an external terminal 7 on a second main surface 2b, in the opposite side of the first principal surface; a light-transmitting protecting substrate 9, provided opposed to the first main surface of the semiconductor substrate for protecting the light-receiving part 3; and a bonding layer 10, surrounding the light receiving part 3 for bonding the semiconductor substrate 2 and the light-transmitting protecting substrate 9. The internal edge of the bonding layer 10 is formed into a zigzag shape. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

半導体集積回路技術を用いたCCDやCMOSイメージセンサ等の半導体装置は、デジタルカメラやカメラ機能付き携帯電話に広く利用されている。このような半導体装置において、搭載部品の小型・軽量に対応するためにセンサチップ(半導体素子)をCSP(Chip size package)にすることが提案されている。   Semiconductor devices such as CCD and CMOS image sensors using semiconductor integrated circuit technology are widely used in digital cameras and mobile phones with camera functions. In such a semiconductor device, it has been proposed that the sensor chip (semiconductor element) be a CSP (Chip size package) in order to cope with the small size and light weight of the mounted components.

センサチップをCSP化する場合、半導体基板には表面及び裏面を繋ぐ貫通孔が設けられ、貫通孔内に形成された貫通配線層によって、半導体基板の表面に設けられた受光部を含む集積回路と裏面に設けられた外部接続端子とを電気的に接続する。個片化された半導体装置は光学レンズ付きケースを装着した状態でモジュール基板に実装され、カメラモジュールとなる。   When the sensor chip is converted to CSP, the semiconductor substrate is provided with a through hole that connects the front surface and the back surface, and an integrated circuit including a light receiving portion provided on the surface of the semiconductor substrate by a through wiring layer formed in the through hole; An external connection terminal provided on the rear surface is electrically connected. The separated semiconductor device is mounted on a module substrate with a case with an optical lens attached, and becomes a camera module.

その際、半導体基板の表面に設けられた受光部を埃やゴミから保護するために、受光部を含む領域を覆うように光透過性保護部材が配置される(特許文献1参照)。ガラス基板等の光透過性保護部材は、受光部を含む集積回路が形成された半導体基板上に所定の間隙を設けて平行に配置される。ガラス基板は半導体基板の受光部の外縁を囲むように配置された接着樹脂によって、半導体基板と接着される。接着樹脂は最終的に封止部材となるものであり、受光部上には半導体基板とガラス基板とに挟まれた空隙が形成される。   At that time, in order to protect the light receiving portion provided on the surface of the semiconductor substrate from dust and dirt, a light-transmitting protective member is disposed so as to cover the region including the light receiving portion (see Patent Document 1). A light-transmissive protective member such as a glass substrate is arranged in parallel with a predetermined gap on a semiconductor substrate on which an integrated circuit including a light receiving portion is formed. The glass substrate is bonded to the semiconductor substrate by an adhesive resin disposed so as to surround the outer edge of the light receiving portion of the semiconductor substrate. The adhesive resin finally becomes a sealing member, and a gap sandwiched between the semiconductor substrate and the glass substrate is formed on the light receiving portion.

しかしながら、従来の構造は機械的な強度の面で十分な配慮がなされているとは言えなかった。
国際公開第2005/022631号パンフレット
However, it cannot be said that the conventional structure has been sufficiently considered in terms of mechanical strength.
International Publication No. 2005/022631 Pamphlet

本発明は、機械的強度に優れた半導体装置及びその製造方法を提供することを目的としている。   An object of this invention is to provide the semiconductor device excellent in mechanical strength, and its manufacturing method.

本発明の第1の視点に係る半導体装置は、素子領域を有する半導体基板と、前記半導体基板に対向し、前記素子領域を保護する保護基板と、前記素子領域を囲むように設けられ、前記半導体基板及び前記保護基板を接着する接着層と、を備え、前記接着層の内縁はジグザグ状であることを特徴とする。   A semiconductor device according to a first aspect of the present invention is provided so as to surround a semiconductor substrate having an element region, a protective substrate facing the semiconductor substrate and protecting the element region, and surrounding the element region. An adhesive layer for adhering the substrate and the protective substrate, and an inner edge of the adhesive layer has a zigzag shape.

本発明の第2の視点に係る半導体装置の製造方法は、素子領域を有する半導体基板を用意する工程と、前記素子領域を保護する保護基板を用意する工程と、前記半導体基板及び前記保護基板を、前記素子領域を囲む接着層によって接着する工程と、を備え、前記接着層の内縁はジグザグ状であることを特徴とする。   A method of manufacturing a semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes a step of preparing a semiconductor substrate having an element region, a step of preparing a protective substrate for protecting the element region, the semiconductor substrate and the protective substrate. And a step of adhering with an adhesive layer surrounding the element region, and the inner edge of the adhesive layer is zigzag-shaped.

本発明によれば、機械的強度に優れた半導体装置及びその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device excellent in mechanical strength and its manufacturing method can be provided.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1、図2を用いて、本発明の実施形態の構成を説明する。   The configuration of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

図1は、本実施形態に係る半導体装置の基本的な構造を模式的に示した断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the basic structure of the semiconductor device according to this embodiment.

図1に示すように、半導体装置1は半導体基板2を具備している。半導体基板2は例えばシリコン(Si)基板等が用いられる。半導体基板2は第1の主面(表面)2aと、表面2aとは反対側の第2の主面(裏面)2bとを有している。表面2aはフォトダイオード、トランジスタ等の半導体素子や、それらを結ぶ配線等を含む能動素子領域の形成面となり、裏面2bは外部接続端子の形成面となる。   As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 includes a semiconductor substrate 2. For example, a silicon (Si) substrate or the like is used as the semiconductor substrate 2. The semiconductor substrate 2 has a first main surface (front surface) 2a and a second main surface (back surface) 2b opposite to the front surface 2a. The front surface 2a is a formation surface of an active element region including semiconductor elements such as photodiodes and transistors and wirings connecting them, and the back surface 2b is a formation surface of external connection terminals.

表面2aには受光部3(能動素子領域)が設けられている。受光部3はフォトダイオード等の受光素子やトランジスタを有しており、表面2aに照射される光や電子等のエネルギー線を受光してフォトダイオード等に収集する。表面2aには、受光部3内の素子や配線等と電気的に接続され、電気信号のインプット・アウトプットや電力の供給等を行う複数の電極4が設けられている。受光部3や電極4を有する半導体基板2は、CMOSイメージセンサ等のイメージセンサを構成している。   A light receiving portion 3 (active element region) is provided on the surface 2a. The light receiving unit 3 includes a light receiving element such as a photodiode and a transistor, and receives energy rays such as light and electrons irradiated on the surface 2a and collects them in a photodiode or the like. The surface 2a is provided with a plurality of electrodes 4 that are electrically connected to elements, wirings, and the like in the light receiving section 3 and that perform input / output of electric signals, power supply, and the like. The semiconductor substrate 2 having the light receiving unit 3 and the electrodes 4 constitutes an image sensor such as a CMOS image sensor.

半導体基板2は、表面2aと裏面2bとを繋ぐ貫通孔5を有している。貫通孔5の表面2a側の開口は電極4によって塞がれている。貫通孔5内には貫通配線層6となる導電材料が絶縁層(図示せず)を介して充填されている。貫通配線層6は電極4と電気的に接続されている。貫通配線層6は貫通孔5内から裏面2bに亘って設けられている。   The semiconductor substrate 2 has a through hole 5 that connects the front surface 2a and the back surface 2b. The opening on the surface 2 a side of the through hole 5 is closed by the electrode 4. The through hole 5 is filled with a conductive material to be the through wiring layer 6 through an insulating layer (not shown). The through wiring layer 6 is electrically connected to the electrode 4. The through wiring layer 6 is provided from the through hole 5 to the back surface 2b.

裏面2bには、後で説明する研磨工程による条痕が形成されている。また、裏面2b上において、貫通配線層6は絶縁層(図示せず)を介して形成されている。貫通配線層6は半導体基板2の表面2aと裏面2bとを接続するものである。さらに、裏面2b上には、貫通配線層6と電気的に接続された外部接続端子7が設けられている。また、裏面2bは外部接続端子7を除いて保護層8で覆われている。結果的に、裏面2b上に存在する貫通配線層6は保護層8で覆われている。   On the back surface 2b, streaks are formed by a polishing process described later. On the back surface 2b, the through wiring layer 6 is formed via an insulating layer (not shown). The through wiring layer 6 connects the front surface 2 a and the back surface 2 b of the semiconductor substrate 2. Furthermore, an external connection terminal 7 electrically connected to the through wiring layer 6 is provided on the back surface 2b. The back surface 2 b is covered with a protective layer 8 except for the external connection terminals 7. As a result, the through wiring layer 6 existing on the back surface 2 b is covered with the protective layer 8.

半導体基板2上には、受光部3を保護するように、主面2aを覆って光透過性保護基板(保護部材)9が配置されている。光透過性保護基板9は表面2aの周縁部に配置された接着層10を介して、半導体基板2の表面2aと接着されている。光透過性保護基板9と半導体基板2の表面2aとの間には、接着層10の厚さに基づいてキャビティ(空間)11が形成される。すなわち、表面2aに設けられた受光部3上方にはキャビティ11を介して光透過性保護基板9が配置されている。   On the semiconductor substrate 2, a light-transmitting protective substrate (protective member) 9 is disposed so as to cover the main surface 2 a so as to protect the light receiving unit 3. The light-transmissive protective substrate 9 is bonded to the surface 2a of the semiconductor substrate 2 through an adhesive layer 10 disposed on the peripheral edge of the surface 2a. A cavity (space) 11 is formed between the light-transmissive protective substrate 9 and the surface 2 a of the semiconductor substrate 2 based on the thickness of the adhesive layer 10. That is, the light-transmitting protective substrate 9 is disposed above the light-receiving unit 3 provided on the surface 2 a via the cavity 11.

光透過性保護基板9は、第1の主面(表面)9aとそれとは反対側の第2の主面(裏面)9bとを有している。表面9aには保護膜12が形成されている。また、保護膜12は受光部3上に設けられた開口12aを有している。すなわち、保護膜12は受光部3への光や電子等のエネルギー線の入射を妨げないように開口12aを有しており、この開口12aを除く光透過性保護基板9の表面9aの周縁部のみに設けられている。開口12aの大きさは受光部3より大きくてもよい。   The light-transmitting protective substrate 9 has a first main surface (front surface) 9a and a second main surface (back surface) 9b opposite to the first main surface (front surface) 9a. A protective film 12 is formed on the surface 9a. Further, the protective film 12 has an opening 12 a provided on the light receiving unit 3. That is, the protective film 12 has an opening 12a so as not to interfere with the incidence of energy rays such as light and electrons to the light receiving portion 3, and the peripheral portion of the surface 9a of the light-transmissive protective substrate 9 excluding the opening 12a. Only provided. The size of the opening 12 a may be larger than that of the light receiving unit 3.

次に、図2を用いて接着層10の構造を説明する。図2は、本実施形態に係る半導体装置の基本的な構造を模式的に示した平面図であり、図2(a)は折れ線形状の構造を有する接着層10、図2(b)は波線形状の構造を有する接着層10を示している。   Next, the structure of the adhesive layer 10 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a plan view schematically showing the basic structure of the semiconductor device according to this embodiment. FIG. 2A is an adhesive layer 10 having a polygonal line structure, and FIG. 2B is a wavy line. An adhesive layer 10 having a shape structure is shown.

図2に示すように、接着層10のキャビティ11が形成される縁(以後、内縁と称する)は、破線で示す四角形の各辺をジグザグ状に変形した形状を有する。接着層10は、受光部3を囲む外周領域に設けられている。具体的に接着層10は、受光部3と接着層10の最小距離(min)が50〜100μm程度、最大距離(max)が200〜550μm程度になるように設けられている。内縁の詳細な形状に関しては後で説明する。   As shown in FIG. 2, an edge (hereinafter referred to as an inner edge) where the cavity 11 of the adhesive layer 10 is formed has a shape obtained by deforming each side of a square indicated by a broken line into a zigzag shape. The adhesive layer 10 is provided in an outer peripheral region surrounding the light receiving unit 3. Specifically, the adhesive layer 10 is provided so that the minimum distance (min) between the light receiving unit 3 and the adhesive layer 10 is about 50 to 100 μm and the maximum distance (max) is about 200 to 550 μm. The detailed shape of the inner edge will be described later.

なお、半導体基板2の裏面2bには、後で説明する研磨工程によって条痕が形成されている。条痕の方向と、接着層10の内縁の方向とが一致すると、該方向に沿って半導体基板2が割れやすいということが、本願発明者らによってわかった。   Note that streaks are formed on the back surface 2b of the semiconductor substrate 2 by a polishing process described later. The inventors of the present application have found that when the direction of the striations coincides with the direction of the inner edge of the adhesive layer 10, the semiconductor substrate 2 is easily broken along the direction.

上記実施形態によれば、接着層10の内縁は、ジグザグ状の形状を有する。このため、半導体基板2の裏面2bに形成された条痕の方向と接着層10の内縁の方向とが連続して一致する長さが低減される。このため、キャビティ11に沿った半導体基板2の割れを抑制することが可能である。その結果、半導体装置1の品質を向上させる事が可能となる。   According to the embodiment, the inner edge of the adhesive layer 10 has a zigzag shape. For this reason, the length in which the direction of the striations formed on the back surface 2b of the semiconductor substrate 2 and the direction of the inner edge of the adhesive layer 10 are continuously matched is reduced. For this reason, it is possible to suppress the crack of the semiconductor substrate 2 along the cavity 11. As a result, the quality of the semiconductor device 1 can be improved.

図3〜9は、本実施形態に係る半導体装置の基本的な製造方法を模式的に示した断面図である。   3 to 9 are cross-sectional views schematically showing a basic manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment.

先ず、図3に示すように、表面2aに受光部3と電極4とが設けられた半導体基板2を用意する。半導体基板2は半導体ウェハとして供給される。さらに、半導体基板2の表面2aの受光部3を囲む外周領域に例えば厚さ50μm程度の接着層10が形成される。なお、接着層10の内縁は図2に示すような形状を有する。具体的には、接着層10の内縁は破線で示す四角形の各辺をジグザグ状に変形した形状を有する。また、接着層10にはエポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリル系樹脂等からなる接着剤が用いられる。   First, as shown in FIG. 3, a semiconductor substrate 2 having a light receiving portion 3 and an electrode 4 provided on the surface 2a is prepared. The semiconductor substrate 2 is supplied as a semiconductor wafer. Further, an adhesive layer 10 having a thickness of, for example, about 50 μm is formed in the outer peripheral region surrounding the light receiving portion 3 on the surface 2 a of the semiconductor substrate 2. The inner edge of the adhesive layer 10 has a shape as shown in FIG. Specifically, the inner edge of the adhesive layer 10 has a shape obtained by deforming each side of a square indicated by a broken line into a zigzag shape. The adhesive layer 10 is made of an adhesive made of an epoxy resin, a polyimide resin, an acrylic resin, or the like.

次に、図4に示すように、半導体基板(半導体ウェハ)2と同程度の大きさを有する光透過性保護基板9を用意する。光透過性保護基板9としては、例えばホウ珪酸ガラス、石英ガラス、ソーダ石灰ガラス等からなるガラス基板が用いられる。透過させる光が赤外光の場合、光透過性保護基板9はシリコン、ガリウムヒ素(GaAs)等で構成してもよい。光透過性保護基板9の表面9aには、予め保護膜12が形成されている。保護膜12には、半導体基板2の受光部3と対応する領域に開口12aが設けられている。   Next, as shown in FIG. 4, a light-transmitting protective substrate 9 having the same size as the semiconductor substrate (semiconductor wafer) 2 is prepared. As the light-transmissive protective substrate 9, a glass substrate made of, for example, borosilicate glass, quartz glass, soda lime glass, or the like is used. When the transmitted light is infrared light, the light-transmitting protective substrate 9 may be made of silicon, gallium arsenide (GaAs), or the like. A protective film 12 is formed in advance on the surface 9 a of the light transmissive protective substrate 9. The protective film 12 is provided with an opening 12 a in a region corresponding to the light receiving portion 3 of the semiconductor substrate 2.

保護膜12は、例えばスパッタ法、CVD法、蒸着法、めっき法、スピンコート法、スプレーコート法、印刷法等により形成される。保護膜12の構成材料としては、例えば高抵抗金属材料(Ti、TiN、TiW、Ni、Cr、TaN、CoWP等)、低抵抗金属材料(Al、Al−Cu、Al−Si−Cu、Cu、Au、Ag等)、多結晶シリコン、導電性を有する高分子化合物、導電性粒子を含有したエポキシ樹脂やポリイミド樹脂等の導電性樹脂材料が用いられる。保護膜12は樹脂材料等の絶縁材料で形成してもよいが、ウェハ工程における静電チャック性等を考慮して導電性材料で形成することが好ましい。   The protective film 12 is formed, for example, by sputtering, CVD, vapor deposition, plating, spin coating, spray coating, printing, or the like. As a constituent material of the protective film 12, for example, a high resistance metal material (Ti, TiN, TiW, Ni, Cr, TaN, CoWP, etc.), a low resistance metal material (Al, Al-Cu, Al-Si-Cu, Cu, Au, Ag, etc.), polycrystalline silicon, a polymer compound having conductivity, a conductive resin material such as an epoxy resin or a polyimide resin containing conductive particles is used. The protective film 12 may be formed of an insulating material such as a resin material, but is preferably formed of a conductive material in consideration of electrostatic chucking properties in the wafer process.

さらに、保護膜12は遮光性を有していることが好ましい。このため、保護膜12を樹脂材料で形成する場合には、保護膜12に遮光性を付与するために、樹脂材料にカーボンブラック等を添加して黒色化することが望ましい。上述した高抵抗金属材料や低抵抗金属材料は導電性と遮光性とを兼ね備えていることから、保護膜12の構成材料として好ましいものである。保護膜12は各種金属材料の単層膜で構成してもよいし、また複数の金属材料層を積層した多層膜で構成してもよい。   Furthermore, the protective film 12 preferably has a light shielding property. For this reason, when the protective film 12 is formed of a resin material, it is desirable that the resin film be blackened by adding carbon black or the like in order to provide the protective film 12 with light shielding properties. The high-resistance metal material and low-resistance metal material described above are preferable as the constituent material of the protective film 12 because they have both conductivity and light shielding properties. The protective film 12 may be composed of a single layer film of various metal materials, or may be composed of a multilayer film in which a plurality of metal material layers are laminated.

光透過性保護基板9の表面9aにおいて、保護膜12は半導体基板2の受光部3に対応する領域(光透過領域)を除く外周領域に設けられている。光透過性保護基板9の光透過領域の表面9aは、保護膜12に対して凹状となっている。すなわち、保護膜12は光透過性保護基板9の表面9aに対して凸状に形成されており、光透過性保護基板9の光透過領域の表面9aは保護膜12の厚さに基づいて凹状となっている。従って、ウェハ工程で光透過性保護基板9の表面9aに直接触れることを抑制することができる。   On the surface 9 a of the light transmissive protective substrate 9, the protective film 12 is provided in an outer peripheral region excluding a region (light transmissive region) corresponding to the light receiving portion 3 of the semiconductor substrate 2. The surface 9 a of the light transmissive region of the light transmissive protective substrate 9 is concave with respect to the protective film 12. That is, the protective film 12 is formed in a convex shape with respect to the surface 9 a of the light transmissive protective substrate 9, and the surface 9 a of the light transmissive region of the light transmissive protective substrate 9 is concave based on the thickness of the protective film 12. It has become. Therefore, direct contact with the surface 9a of the light-transmissive protective substrate 9 can be suppressed in the wafer process.

上述したような光透過性保護基板9を、裏面9bが表面2aと対向するように半導体基板2上に配置する。   The light-transmissive protective substrate 9 as described above is disposed on the semiconductor substrate 2 so that the back surface 9b faces the front surface 2a.

次に、図5に示すように、光透過性保護基板9と半導体基板2とは接着層10を介して、例えば加圧・加熱することにより接着される。光透過性保護基板9と半導体基板2との間には、接着層10の形成位置および厚さに基づいてキャビティ11が形成される。半導体基板2の受光部3はキャビティ11に露出するように配置される。   Next, as shown in FIG. 5, the light-transmissive protective substrate 9 and the semiconductor substrate 2 are bonded to each other through, for example, pressurization and heating via the adhesive layer 10. A cavity 11 is formed between the light-transmissive protective substrate 9 and the semiconductor substrate 2 based on the formation position and thickness of the adhesive layer 10. The light receiving portion 3 of the semiconductor substrate 2 is disposed so as to be exposed to the cavity 11.

次に、図6に示すように、半導体基板2及び光透過性保護基板9を接着させた後、半導体基板2の裏面2bを機械研削、化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)等により加工し、半導体基板2の裏面2b側から薄肉化する。半導体基板2の厚さは50〜150μm程度であることが好ましい。この加工工程は、光透過性保護基板9が半導体基板2を機械的に補強する支持基板の役割を果たすことから、光透過性保護基板9を貼り合わせた後に実施することが好ましい。本加工工程において、裏面2bに後述するような研磨痕(条痕)が形成される。   Next, as shown in FIG. 6, after the semiconductor substrate 2 and the light-transmissive protective substrate 9 are bonded, the back surface 2b of the semiconductor substrate 2 is processed by mechanical grinding, chemical mechanical polishing (CMP), or the like. Then, the semiconductor substrate 2 is thinned from the back surface 2b side. The thickness of the semiconductor substrate 2 is preferably about 50 to 150 μm. This processing step is preferably performed after the light-transmitting protective substrate 9 is bonded because the light-transmitting protective substrate 9 serves as a support substrate that mechanically reinforces the semiconductor substrate 2. In this processing step, polishing marks (stries) as described later are formed on the back surface 2b.

次いで、図7に示すように、半導体基板2の第2の主面2b側から第1の主面2aに向けて貫通孔5を形成し、貫通孔5内に電極4を露出させる。貫通孔5は半導体基板2の第2の主面2b側に配置された所定パターンのマスク(図示せず)を用いて、半導体基板2をプラズマエッチング法等でエッチングすることにより形成される。貫通孔5はレーザエッチング法で形成してもよい。この場合にはマスクは不要である。貫通孔5は例えば電極4の近傍で第1の主面2aに向けて凸状の断面形状を有する。   Next, as shown in FIG. 7, a through hole 5 is formed from the second main surface 2 b side of the semiconductor substrate 2 toward the first main surface 2 a, and the electrode 4 is exposed in the through hole 5. The through hole 5 is formed by etching the semiconductor substrate 2 by a plasma etching method or the like using a mask (not shown) having a predetermined pattern arranged on the second main surface 2b side of the semiconductor substrate 2. The through hole 5 may be formed by a laser etching method. In this case, no mask is required. The through hole 5 has, for example, a convex cross-sectional shape in the vicinity of the electrode 4 toward the first main surface 2a.

続いて、図8に示すように、貫通孔5内から半導体基板2の第2の主面2bに亘って貫通配線層6を形成する。貫通配線層6と半導体基板2との間を絶縁するために、貫通孔5内や第2の主面2b上には予め絶縁層(図示せず)を形成する。貫通孔5の絶縁層には予め開口が設けられているため、貫通配線層6は電極4と接続される。   Subsequently, as illustrated in FIG. 8, the through wiring layer 6 is formed from the inside of the through hole 5 to the second main surface 2 b of the semiconductor substrate 2. In order to insulate between the through wiring layer 6 and the semiconductor substrate 2, an insulating layer (not shown) is formed in advance in the through hole 5 and on the second main surface 2b. Since an opening is provided in advance in the insulating layer of the through hole 5, the through wiring layer 6 is connected to the electrode 4.

貫通配線層6は所定パターンのマスク(図示せず)を用いて、スパッタ法、CVD法、蒸着法、めっき法、印刷法等により形成される。貫通配線層6には、例えば高抵抗金属材料(Ti、TiN、TiW、Ni、Cr、TaN、CoWP等)や低抵抗金属材料(Al、Al−Cu、Al−Si−Cu、Cu、Au、Ag、半田材等)が用いられる。これらは単層構造もしくは複数の材料層を積層した多層構造で配線層(導電層)を構成する。   The through wiring layer 6 is formed by a sputtering method, a CVD method, a vapor deposition method, a plating method, a printing method, or the like using a mask (not shown) having a predetermined pattern. The through wiring layer 6 includes, for example, a high resistance metal material (Ti, TiN, TiW, Ni, Cr, TaN, CoWP, etc.) and a low resistance metal material (Al, Al—Cu, Al—Si—Cu, Cu, Au, Ag, solder material, etc.) are used. These form a wiring layer (conductive layer) with a single layer structure or a multilayer structure in which a plurality of material layers are laminated.

この後、図9に示すように、貫通配線層6に外部接続端子7を形成し、この外部接続端子7を除いて半導体基板2の裏面2bを覆うように保護層8を形成する。外部接続端子7は例えば半田材で形成され、保護層8はポリイミド樹脂やエポキシ樹脂、あるいはソルダーレジスト材等で形成される。これら一連の工程(ウェハ工程)が終了した後に、半導体基板2を光透過性保護部材9と共にブレードで切断して個片化することによって、図1に示す半導体装置1が作製される。   Thereafter, as shown in FIG. 9, external connection terminals 7 are formed in the through wiring layer 6, and a protective layer 8 is formed so as to cover the back surface 2 b of the semiconductor substrate 2 except for the external connection terminals 7. The external connection terminal 7 is formed of, for example, a solder material, and the protective layer 8 is formed of polyimide resin, epoxy resin, solder resist material, or the like. After these series of steps (wafer steps) are completed, the semiconductor device 2 shown in FIG. 1 is manufactured by cutting the semiconductor substrate 2 together with the light-transmitting protective member 9 with a blade and separating it.

図10は、図6のCMPによって半導体基板2に形成された条痕と半導体基板の個片化の関係を模式的に示した平面図である。   FIG. 10 is a plan view schematically showing the relationship between the striations formed on the semiconductor substrate 2 by the CMP of FIG. 6 and the separation of the semiconductor substrate.

図10に示すように、裏面2bには、半導体基板2の薄肉化を行う際のCMPによって条痕が形成される。半導体基板2から個片化した半導体基板21、22には、切り取った部位によって異なる方向の条痕が形成されている。   As shown in FIG. 10, streaks are formed on the back surface 2 b by CMP when the semiconductor substrate 2 is thinned. The semiconductor substrates 21 and 22 separated from the semiconductor substrate 2 are provided with striations in different directions depending on the cut portions.

図11は、個片化された半導体基板と、その条痕の関係を模式的に示した平面図である。以下、条痕の方向と機械的強度との関係について述べる。   FIG. 11 is a plan view schematically showing the relationship between the separated semiconductor substrate and its striations. The relationship between the direction of the streak and the mechanical strength will be described below.

図11に示すように、例えば2本の支え棒13の上に個片化した半導体基板21を配置する。支え棒13に垂直な線と条痕の方向とで規定される角度(以下、条痕角度と呼ぶ)をθ1とする。同様に、2本の支え棒13の上に個片化した半導体基板22を配置する。半導体基板22の条痕角度をθ2とする。なお、θ1>θ2とする。   As shown in FIG. 11, for example, a semiconductor substrate 21 separated into pieces is arranged on two support bars 13. An angle defined by a line perpendicular to the support bar 13 and the direction of the streak (hereinafter referred to as a streak angle) is defined as θ1. Similarly, the separated semiconductor substrate 22 is disposed on the two support bars 13. The streak angle of the semiconductor substrate 22 is defined as θ2. Note that θ1> θ2.

図12は、図11で示した半導体基板の強度を測定する様子を模式的に示した断面図である。   FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing how the strength of the semiconductor substrate shown in FIG. 11 is measured.

図12に示すように、支え棒13と平行に、2本の支え棒13の中間地点に圧力を加えて半導体基板の強度を測定する。   As shown in FIG. 12, the strength of the semiconductor substrate is measured by applying pressure to an intermediate point between the two support bars 13 in parallel with the support bars 13.

図13は、条痕角度(saw mark angle)と半導体基板の強度(chip strength)との関係を示したグラフである。   FIG. 13 is a graph showing the relationship between the saw mark angle and the strength of the semiconductor substrate.

図13に示すように、条痕角度が90度に近づくにつれて、半導体基板の強度は低くなる。また、条痕角度が0度に近づくにつれて、半導体基板の強度は強くなる。つまり、条痕と、力の加える角度が並行になるにつれ、条痕に沿って半導体基板が割れやすいということである。また、半導体基板21、22において、θ2はθ1よりも小さいため、半導体基板22の方が、半導体基板21よりも強度が高いことがわかる。   As shown in FIG. 13, the strength of the semiconductor substrate decreases as the streak angle approaches 90 degrees. Moreover, the strength of the semiconductor substrate increases as the streak angle approaches 0 degrees. That is, as the striation and the angle at which the force is applied become parallel, the semiconductor substrate easily breaks along the striation. Further, in the semiconductor substrates 21 and 22, θ 2 is smaller than θ 1, so that it can be seen that the strength of the semiconductor substrate 22 is higher than that of the semiconductor substrate 21.

上記実施形態によれば、半導体基板2及び、光透過性保護基板9を接着する接着層10の内縁はジグザグ状の形状を有する。このため、半導体基板2の裏面2bに形成された条痕がどのような方向であっても、条痕の方向と接着層10の内縁の方向とが連続して一致する長さを低減することができる。このため、キャビティ11に沿った半導体基板2の割れを抑制することが可能である。その結果、強度の高い構造を得ることができ、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。   According to the said embodiment, the inner edge of the contact bonding layer 10 which adhere | attaches the semiconductor substrate 2 and the light transmissive protective substrate 9 has a zigzag shape. For this reason, it is possible to reduce the length in which the direction of the striation and the direction of the inner edge of the adhesive layer 10 continuously coincide with each other regardless of the direction of the striation formed on the back surface 2b of the semiconductor substrate 2. Can do. For this reason, it is possible to suppress the crack of the semiconductor substrate 2 along the cavity 11. As a result, a structure with high strength can be obtained, and a highly reliable semiconductor device can be obtained.

図14(a)〜(d)は、接着層10の内縁の形状を示した平面図である。(a)は、1辺が5.6mmの四角形である。(b)は、(a)に示す四角形の各辺が、0.15mmの屈曲部の振幅を持ち、屈曲部が90度である形状を有する場合を示している。(c)は、(a)に示す四角形の各辺が、0.30mmの屈曲部の振幅を持ち、屈曲部が90度である形状を有する場合を示している。(d)は、(a)に示す四角形の各辺が、0.45mmの屈曲部の振幅を持ち、屈曲部が90度である形状を有する場合を示している。   14A to 14D are plan views showing the shape of the inner edge of the adhesive layer 10. (A) is a quadrangle whose one side is 5.6 mm. (B) shows a case where each side of the quadrangle shown in (a) has a shape in which the bending portion has an amplitude of 0.15 mm and the bending portion is 90 degrees. (C) shows a case where each side of the quadrangle shown in (a) has a shape with a bending portion amplitude of 0.30 mm and the bending portion is 90 degrees. (D) has shown the case where each edge | side of the square shown to (a) has the shape which has the amplitude of a bending part of 0.45 mm, and a bending part is 90 degree | times.

図15は、屈曲部の振幅とmises応力(チップの応力)との関係を示したグラフである。   FIG. 15 is a graph showing the relationship between the amplitude of the bent portion and the misses stress (chip stress).

図15では、図14(a)〜(d)のモデルを使用してシミュレートした結果がそれぞれプロットされている。振幅が0.20mm程度を境にしてmises応力が急激に変化していることが確認できる。これにより、振幅は0.20mm以上が好ましい。   In FIG. 15, the results simulated using the models of FIGS. 14A to 14D are plotted. It can be confirmed that the misses stress changes abruptly with an amplitude of about 0.20 mm. Thereby, the amplitude is preferably 0.20 mm or more.

図16(e)〜(g)は、接着層10の内縁の形状を示した平面図である。(e)は、図14(a)に示す四角形の各辺が、0.30mmの屈曲部の振幅を持ち、屈曲部が120度である形状を有する場合を示している。また、一辺の屈曲部の繰り返し回数は10回である。(f)は、図14(a)に示す四角形の各辺が、0.30mmの屈曲部の振幅を持ち、屈曲部が90度である形状を有する場合を示している。また、一辺の屈曲部の繰り返し回数は16回である。(g)は、図14(a)に示す四角形の各辺が、0.30mmの屈曲部の振幅を持ち、屈曲部が60度である形状を有する場合を示している。また、一辺の屈曲部の繰り返し回数は30回である。   FIGS. 16E to 16G are plan views showing the shape of the inner edge of the adhesive layer 10. FIG. 14 (e) shows a case where each side of the quadrangle shown in FIG. 14 (a) has a bent portion amplitude of 0.30 mm and the bent portion has a shape of 120 degrees. Further, the number of repetitions of the bent portion on one side is 10 times. FIG. 14 (f) shows a case where each side of the quadrangle shown in FIG. 14 (a) has a bent portion amplitude of 0.30 mm and the bent portion is 90 degrees. Further, the number of repetitions of the bent portion on one side is 16 times. FIG. 14 (g) shows a case where each side of the quadrangle shown in FIG. 14 (a) has a shape where the bending portion has an amplitude of 0.30 mm and the bending portion is 60 degrees. Further, the number of repetitions of the bent portion on one side is 30 times.

図17は、屈曲部の繰り返し回数とmises応力との関係を示したグラフである。   FIG. 17 is a graph showing the relationship between the number of repetitions of the bent portion and the misses stress.

図17では、図17(e)〜(g)のモデルを使用してシミュレートした結果がそれぞれプロットされている。繰り返し数が16回以上、つまり屈曲部が90度以下になると、応力が急激に低下する。このため、屈曲部は90度以下が好ましい。   In FIG. 17, the results simulated using the models of FIGS. 17E to 17G are plotted. When the number of repetitions is 16 times or more, that is, when the bent portion is 90 degrees or less, the stress rapidly decreases. For this reason, the bent portion is preferably 90 degrees or less.

なお、上述した実施形態において、接着層10の四角形状の内縁の各辺における屈曲部の数は2以上であれば良い。また、各辺での屈曲部の対称性の観点から、各辺の屈曲部の数は奇数であることが好ましい。   In the above-described embodiment, the number of bent portions on each side of the rectangular inner edge of the adhesive layer 10 may be two or more. Further, from the viewpoint of symmetry of the bent portions on each side, the number of bent portions on each side is preferably an odd number.

主に、上述した実施形態では、受光部3が四角形であることを想定して接着層10の内縁の形状を略四角形としたが、内縁の形状がジグザグ状(折れ線状または波線状)構造を有するものであれば、同様の効果を得ることが可能である。   Mainly, in the above-described embodiment, the shape of the inner edge of the adhesive layer 10 is a substantially square assuming that the light receiving unit 3 is a quadrangle, but the inner edge has a zigzag (polygonal or wavy) structure If it has, it is possible to obtain the same effect.

また、上述した実施形態ではイメージセンサを例に説明したが、イメージセンサ以外の半導体装置についても上述した構成は適用可能である。また、半導体基板2の素子領域を保護する保護基板であれば、必ずしも光透過性保護基板には限定されない。   In the above-described embodiment, the image sensor has been described as an example. However, the above-described configuration can be applied to a semiconductor device other than the image sensor. Further, the protective substrate is not necessarily limited to the light-transmitting protective substrate as long as it protects the element region of the semiconductor substrate 2.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出される。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば、発明として抽出され得る。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining the disclosed constituent elements. For example, even if several constituent requirements are deleted from the disclosed constituent requirements, the invention can be extracted as long as a predetermined effect can be obtained.

本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した平面図である。It is the top view which showed typically the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の製造工程の一部を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a part of manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. CMPによって半導体基板に形成された条痕と半導体基板の個片化の関係を模式的に示した平面図である。It is the top view which showed typically the relationship of the stripe formed in the semiconductor substrate by CMP, and the separation of a semiconductor substrate. 個片化された半導体基板と、その条痕の関係を模式的に示した平面図である。It is the top view which showed typically the separated semiconductor substrate and the relationship of the striations. 半導体基板の強度を測定する様子を模式的に示した断面図である。It is sectional drawing which showed typically a mode that the intensity | strength of a semiconductor substrate was measured. 条痕角度と半導体基板の強度との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between a streak angle and the intensity | strength of a semiconductor substrate. 本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した平面図である。It is the top view which showed typically the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 屈曲部の振幅とmises応力との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the amplitude of a bending part and misses stress. 本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した平面図である。It is the top view which showed typically the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 屈曲部の繰り返し回数とmises応力との関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the frequency | count of repetition of a bending part, and misses stress.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体装置、
2、21、22…半導体基板、2a…表面、2b…裏面、
3…受光部、
4…電極、
5…貫通孔、
6…貫通配線層、
7…外部接続端子、
8…保護膜、
9…光透過性保護基板、9a…表面、9b…裏面、
10…接着層、
11…キャビティ、
12…保護膜、12a…開口、
13…支え棒、
1 ... Semiconductor device,
2, 21, 22 ... semiconductor substrate, 2a ... front surface, 2b ... back surface,
3. Light receiving part,
4 ... Electrodes,
5 ... through hole,
6 ... Penetration wiring layer,
7: External connection terminal,
8 ... Protective film,
9 ... light-transmitting protective substrate, 9a ... front surface, 9b ... back surface,
10: Adhesive layer,
11 ... cavity,
12 ... Protective film, 12a ... Opening,
13 ... support bar,

Claims (5)

素子領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板に対向し、前記素子領域を保護する保護基板と、
前記素子領域を囲むように設けられ、前記半導体基板及び前記保護基板を接着する接着層と、
を備え、
前記接着層の内縁はジグザグ状であることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate having an element region;
A protective substrate facing the semiconductor substrate and protecting the element region;
An adhesive layer which is provided so as to surround the element region and bonds the semiconductor substrate and the protective substrate;
With
The semiconductor device according to claim 1, wherein an inner edge of the adhesive layer has a zigzag shape.
前記接着層の内縁は、四角形の各辺をジグザグ状に変形した形状を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the inner edge of the adhesive layer has a shape obtained by deforming each side of the square in a zigzag shape. 前記ジグザグ状の接着層の内縁の振幅は0.2mm以上であることを特徴とする請求項1または2記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the amplitude of the inner edge of the zigzag adhesive layer is 0.2 mm or more. 前記ジグザグ状の接着層の内縁の屈曲部の角度は90度以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein an angle of a bent portion at an inner edge of the zigzag adhesive layer is 90 degrees or less. 5. 素子領域を有する半導体基板を用意する工程と、
前記素子領域を保護する保護基板を用意する工程と、
前記半導体基板及び前記保護基板を、前記素子領域を囲む接着層によって接着する工程と、
を備え、
前記接着層の内縁はジグザグ状であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
Preparing a semiconductor substrate having an element region;
Providing a protective substrate for protecting the element region;
Bonding the semiconductor substrate and the protective substrate with an adhesive layer surrounding the element region;
With
A method for manufacturing a semiconductor device, wherein an inner edge of the adhesive layer has a zigzag shape.
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