JP2010040920A - 光半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体受光素子の受光領域を避けて、精度よく封止樹脂で被覆する光半導体装置及びその製造方法の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の光半導体装置は、実装基板上に配置された、受光領域を有する半導体受光素子と、実装基板上の電極体と、半導体受光素子と電極体を電気的に接続する接続体を備えた光半導体装置を前提としている。そして本発明の光半導体装置は、絶縁壁が、半導体受光素子の受光領域の周囲に形成されている。そして、封止樹脂が、絶縁壁の外周面に接し、実装基板外縁にわたる範囲内で、半導体受光素子及び実装基板を被覆している。
【選択図】図１

Description

本発明は、光ピックアップなどに用いられる光半導体装置とその製造方法に関し、さらに詳しくは、樹脂封止された光半導体装置に関する。

従来、光ピックアップに用いる光半導体装置は、電極が形成された実装基板上に半導体受光素子を配設し、当該半導体受光素子の全面を封止樹脂の透明保護層で覆う構成によりパッケージ化されていた。この透明保護層は、半導体受光素子に形成されたボンディングパッドや、ボンディングワイヤ、受光領域といった部分が外気に含まれる水分によって腐食することを抑制し、塵埃によって発生する特性劣化から受光装置を保護する機能を有する。

前記光半導体受光素子は、例えばＣＤ−Ｒ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ−Ｒｅｃｏｒｄａｂｌｅ）ドライブやＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）ドライブに代表される光ディスク装置の光ピックアップとして使用される。また、その構成は、前記ＤＶＤドライブ等に装填されたＤＶＤ等の光ディスクで反射されたレーザ光を受光するための受光領域であるフォトダイオードと、受光したレーザ光に基づいてフォトダイオードで生成された電気信号を処理するための信号処理回路領域とからなる。

一方、前記光源としての半導体レーザは、光ディスク装置の高速動作化、記憶容量の大容量化の要望があり、近年エネルギー密度が高くなり、短波長化が進んでいる。このため従来では６５０ｎｍの波長の光を放出する赤色半導体レーザが用いられていたが、現在ではさらに短波長である、４０５ｎｍの波長を放出する青色半導体レーザを使用したシステムへと変わりつつある。

エネルギー密度が高い短波長レーザは、樹脂を変色させることから、受光素子の受光領域であるフォトダイオードを樹脂よりなる透明保護層で覆うと、その透明保護層まで変色させる。このため、受光領域の光透過率が低下して、受光素子に到達できるレーザ光の光量を低下させて、素子特性が変動するといった不具合が発生する。

このような問題を解決する方法として、受光領域には封止樹脂を被覆しない技術が知られている。特許文献１に開示の光半導体装置は、実装基板上に半導体受光素子のベアチップを搭載し、当該、ベアチップ上のボンディングパッドと実装基板の引き出し電極の間をワイヤボンディングで接続したのち、ボンディングパッドとボンディングワイヤを樹脂でモールドする。この技術は、図６のように受光領域周辺を取り囲むようにフォトリソグラフィ法によりポリイミド薄膜１００を形成し、その後、例えばシリコン系の封止樹脂１２４を受光領域以外の半導体受光素子上及び実装基板上の外縁にわたる範囲に流し込む。シリコン系の樹脂の表面張力は、ポリイミドの表面張力より大きいので、シリコン系の封止樹脂１２４はポリイミド薄膜１００上で留まり受光面上に開口部を形成したまま半導体受光素子を封止する。これにより、受光領域１１２に開口部が形成されたベアチップを形成することができる。さらに特許文献２に開示の技術は、金型に形成した柱状突起を受光領域に当接させた状態で金型に封止樹脂を充填する。これにより、受光領域が樹脂封止されることを防いでいる。
特開２００７−１８９１８２号公報 米国特許出願公開第２００６/０１９６４１２号明細書

しかしながら特許文献１に記載の技術では、封止樹脂１２４とポリイミドとの材料物性差による表面張力を利用して受光領域１１２上に開口部が形成されるため、受光領域１１２が複雑、微細なパターンとなったときには均一な開口領域の形成が困難となる。たとえば一つの受光素子内に複数個の受光面を設ける場合、封止樹脂１２４が受光素子のポリイミド薄膜上で均一に流れにくくなるため、受光領域１１２外の封止領域全面を均一に封止用の樹脂で被覆することが困難となる。よって、多層ディスクや光半導体装置の小型化による受光領域の複雑化に対応できない。さらに特許文献２に記載の技術では柱状突起からの衝撃が直接受光素子に加わるため受光素子にクラックが発生しやすい。

本発明はこのような問題を解決するものであって、半導体受光素子の受光領域を避けて、精度よく封止樹脂で被覆する光半導体装置及びその製造方法の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光半導体装置は、以下の手段を採用している。本発明の光半導体装置は、実装基板上に配置された、受光領域を有する半導体受光素子と、実装基板上の電極体と、半導体受光素子と電極体を電気的に接続する接続体を備えた光半導体装置を前提としている。そして本発明の光半導体装置は、絶縁壁が、半導体受光素子の受光領域の周囲に形成されている。そして、封止樹脂が、絶縁壁の外周面に接し、実装基板外縁にわたる範囲内で、半導体受光素子及び実装基板を被覆している。

上記絶縁壁は、半導体装置の実装基板外縁にわたる範囲内に液状の樹脂を充填した場合、半導体受光領域への液状樹脂の侵入を確実に防止する。このため、封止樹脂の変色の問題を回避することができる。封止樹脂は、例えば、半導体受光素子が配設された実装基板を金型内に配置し、金型の外部から封止樹脂被覆領域に液状の樹脂を充填することで形成される。このとき、絶縁壁は、金型上面に当接した状態となっており、金型から絶縁壁及び半導体素子に対して力が働く。しかし、絶縁壁を当該金型からの外力を緩和する機能を備える構成とすることによって、半導体受光素子が損傷することはない。

すなわち絶縁壁は、ヤング率の異なる少なくとも二種類の絶縁体が積層されることにより形成されることが望ましい。これにより、ヤング率の違いを利用して緩衝層を形成し、金型成形の樹脂封止時において絶縁壁にかかる局所的な圧力を分散、吸収させることが可能となる。

上記の少なくとも二種類の絶縁体のうち、ヤング率の最も大きい絶縁体が、前記半導体受光素子に直接積層される下層の絶縁体とすることが好ましい。これにより、上層の絶縁体が弾性変形し、金型から絶縁壁にかかる局所的な圧力を分散、吸収させることが可能となる。

上記において、上層の絶縁体を半導体受光素子の上面に平行な面で切った断面積の内、最小断面積が下層絶縁体より小さいことが好ましい。断面積が下層の絶縁体より小さい最小面積の部分に絶縁壁の応力が集中するので、弾性変形により応力が緩和されるからである。さらに、少なくとも二種類の絶縁体のうち、上層の絶縁体の下面の外縁が下層の絶縁体の上面の外縁より内側に形成されることで、樹脂封止時の金型からの圧力を上層の絶縁体から下層の絶縁体に分散させることができる。

また、絶縁壁内部に中空部が形成されてもよい。この場合前記絶縁壁の上面は、封止されていても、開口されていてもよい。さらに、絶縁壁が３層以上の絶縁体から構成されてもよい。これらの絶縁体のうち中間層の絶縁体に中空部が形成されてもよい。

上記の半導体受光素子と電極体を電気的に接続する接続体が、ボンディングワイヤであって、半導体受光素子から絶縁壁上面までの厚みが、半導体受光素子からボンディングワイヤ最上部までの高さよりも大きい状態で、ボンディングワイヤが封止されることが望ましい。これによりワイヤ形成後の金型での樹脂封止時に、金型がワイヤに接触することなく樹脂封止が可能となる。

さらに半導体受光素子には、複数の受光領域が形成されてもよい。受光領域のそれぞれは、多層ディスクの各レイヤーの情報を読み出す機能を有する。これにより多層光ディスクの動作に必要な光学設計が可能となり、高機能な光半導体装置を構成することが可能となる。

上記の目的を達成する光半導体装置の製造方法は以下の手段を採用している。まず、本発明の光半導体装置の製造方法は、受光領域を有する半導体受光素子と、電極体と、半導体受光素子と電極体を電気的に接続する接続体とを備えた実装基板を金型内に配置して、半導体受光素子の受光領域を除く実装基板上の領域のうち少なくとも接続体を含む領域を樹脂で封止する、光半導体装置の製造方法を前提にしている。そして、本発明の光半導体装置の製造方法は、半導体受光素子の受光領域の周囲に樹脂を遮る絶縁壁を形成し、絶縁壁を金型の内壁に当接させた状態で金型に樹脂を注入することを特徴とする。接続体を含む領域とは、実装基板上の電極体の一部又は全部を含む領域のことである。

上記絶縁壁は、半導体受光素子よりヤング率の小さい材料で形成されることが望ましい。さらに、半導体受光素子の受光領域の周囲に形成される絶縁壁の製造工程が、半導体受光素子よりヤング率の小さい下層絶縁体を形成し、下層絶縁体よりヤング率が小さく、かつ半導体受光素子の上面に平行な面の最小断面積が小さい絶縁体を下層絶縁体に積層して、製造されてもよい。

上層の絶縁体を半導体受光素子の上面に平行な面で切った断面積のうち、最小断面積を下層絶縁体より小さく構成することで、最小面積の部分に絶縁壁の応力が集中するので、弾性変形により応力が緩和する。さらに、上層と下層の二種類の絶縁体のうち、上層の絶縁体の下面の外縁が、下層の絶縁体の上面の外縁より内側に形成されることで、樹脂封止時の金型からの圧力を上層の絶縁体から下層の絶縁体に分散させることができる。

この絶縁壁内部に中空部が形成されてもよい。これにより、中空部を利用して緩衝機能が備わり、金型から絶縁壁にかかる局所的な圧力を分散、吸収させることが可能となる。上記絶縁壁上面は、開口されてもよい。絶縁壁は、３層以上の絶縁体から形成されてもよい。これらの絶縁体のうち中間層の絶縁体に開口し、中間層の絶縁体上に上層の絶縁体を積層してもよい。絶縁壁が、フォトリソグラフィにより形成されると、フォトリソグラフィで得られる高精度なパターン形成が可能となり、高機能、高品質な光半導体装置を構成することが可能となる。

前記半導体受光素子が複数の受光領域を有し、受光領域それぞれの周囲に絶縁壁が形成されてもよい。これにより多層光ディスクの動作に必要な光学設計が可能となり、高機能な光半導体装置を構成することが可能となる。

上記の半導体受光素子と電極体を電気的に接続する接続体が、ボンディングワイヤであり、半導体受光素子から絶縁壁上面までの厚みが、半導体受光素子からボンディングワイヤ最上部までの高さよりも大きい状態で、ボンディングワイヤが封止されることが望ましい。

本発明の光半導体装置は、短波長レーザの受光領域面上に封止樹脂を形成しないので、その変色の問題を回避できる。さらに半導体受光素子周囲に形成した絶縁壁が樹脂封止により光半導体装置を形成する際の、金型からの外力を緩和するので、半導体受光素子のクラックの発生を抑制することができる。さらに封止用樹脂が受光領域外に高精度に被覆し、高機能、高品質な光半導体装置を構成することが可能となる。従って、本発明に係る光半導体装置を用いることにより、青色レーザ用の光ディスク装置等の高機能な光ディスク装置に適した高性能、高品質な光半導体装置を提供することができる。また、同一半導体素子内において受光領域が複数個配置される多層光ディスクの動作に必要な光学設計を可能とする。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施の形態による光半導体装置の概略を示し、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は、Ａ―Ａの断面図である。実施の形態では、半導体受光素子と電極体を電気的に接続する接続体が、ボンディングワイヤである事例について説明する。

光半導体装置１は、電極であるボンディングパッド１６が配置された実装基板３上に半導体受光素子１０が搭載された構成を有する。図２は前記光半導体装置の製造工程を示す概略断面図であり、図３は本発明による半導体受光素子１０の拡大断面構造図である。

（半導体受光素子の形成）
まず、図２（ａ）に示す半導体受光素子１０が準備される。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体受光素子１０は、シリコンなどの半導体基板１１にフォトダイオードからなる受光領域１２が形成され、さらに当該半導体受光素子１０にボンディングワイヤ２０をボンディングするためのボンディングパッド１４が形成されている。そして受光領域１２を囲むように絶縁壁３０が形成されている。尚図示はしないが、受光領域１２の表面には水分を透過させないＳｉＮ膜（シリコン窒化膜）が形成され、受光領域を露出させていても水分の浸入を防ぐようになっている。

受光領域１２は、一個の半導体受光素子１０上に複数個あってもよく、図１の例では３つの受光領域が１つの半導体基板１１上に形成されている。各受光領域は、多層ディスクの各レイヤーの情報を読み出す機能を有する。このように一個の半導体受光素子に複数個の受光領域を設ける理由は、多層ディスクに対応した光学設計を満たすためのものであり、大容量光ディスクに対応した光ディスク装置では必須となる。またボンディングパッド１４は半導体受光素子チップ上の左右両端の上下の領域に４つずつの群で形成されている。

図２（ａ）の半導体受光素子１０が備える絶縁壁３０は、図３（ａ）に示すように受光領域１２を取り囲む二層の絶縁体３１、３２から構成されている。これらの絶縁体３１、３２はそれぞれ異なるヤング率をもち、下層の絶縁体３１は例えばヤング率＝４．７ＧＰａのポリイミド（日立化成デュポンマイクロシステムズ社製、ＰＩ２７３１）、上層の絶縁体３２は例えばヤング率＝２．０ＧＰａのエポキシ系レジスト（化薬マイクロケム社製、ＳＵ−８ ３０００）とすることができる。尚、上層及び下層の絶縁体のヤング率は後述のハードベーク後のヤング率である。

上層及び下層の絶縁体３１、３２は半導体受光素子１０の強度を代表するシリコン基板１１のヤング率１９０ＧＰａよりはるかに小さい材料が選択される。なお、上層の絶縁体３２の材料は、ヤング率が０．１〜１０ＧＰａ程度のものが常識的な範囲であることから、下層の絶縁体３１の材料のヤング率はそれよりも大きな値である０．２〜２０ＧＰａ程度の値を有することが好ましい。これらの絶縁体は通常のフォトリソグラフィ技術を用いて半導体基板１１上にパターン形成される。

下層絶縁体３１上に上層絶縁体３２を形成する前に、下層絶縁体３１のパターンを現像後、下層絶縁体３１をハードベークしておく。このときの温度は、下層絶縁体３１が十分硬化する温度とする。このように下層絶縁体３１を硬化させておくと、上層絶縁体３２のパターンを形成する際の現像液で下層絶縁体３１が溶解しないことになり、２層の絶縁体を確実に形成することができる。上層及び下層の絶縁体のヤング率は、上記ハードベーク後のヤング率で規定している。尚、下層絶縁体３１は膜厚１０μｍで形成し、上層絶縁体３２は膜厚５０μｍで形成した。

半導体基板１１平面に沿った方向の絶縁壁３０の断面積は、下層の絶縁体３１の方が上層の絶縁体３２よりも大きく、かつ上層の絶縁体３２は下層の絶縁体３１の外縁よりも内側に形成する。よって、図３（ｂ）のような上底の方が下底よりも短い台形の絶縁体３２でもよい。また図３（ｃ）のように、上層絶縁体３２は、半導体基板１１に平行な断面の最小断面積３５を下層絶縁体の半導体基板１１に平行な面で切った断面積より小さく形成した逆台形であってもよい。上記図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のように、上層の絶縁体の下面の外縁が下層の絶縁体の上面の外縁より内側に形成されることで、樹脂封止時の金型からの圧力を上層の絶縁体から下層の絶縁体に分散させることができる。

（半導体受光素子の配置）
次に図２（ｂ）に示すように、実装基板３上にダイスボンドにより半導体受光素子１０を配置する。実装基板３の材質は特に限定されるものではなく、ガラスエポキシなどのエポキシ系やフェノール系、テフロン（登録商標）系、ポリエチレン系などの樹脂が好適に利用できる。

実装基板３の側面から上面及び下面にかけては、半導体受光素子１０側のボンディングパッド１４とワイヤボンディングするための実装基板３側ボンディングパッド１６及び引き出し電極１８が形成される。ボンディングパッド１６と引き出し電極１８とは一体で形成されるので明確に分けるのは困難であるが、ボンディングパッド１６は、実装基板３の上面部分であり、引き出し電極１８は、実装基板３の側面から下面にかけての部分と考えてよい。上記引き出し電極１８に代えて、スルーホール内の膜を引き出し電極として使用してもよい。これは、ボンディングパッド１６の直下で実装基板３に表面から裏面に貫通するスルーホール（図示せず）を形成し、当該スルーホール内部にメッキにより膜を形成する。

（ボンディングワイヤの接続）
次に、図２（ｃ）に示すように、実装基板３側のボンディングパッド１６と半導体受光素子１０上のボンディングパッド１４間をボンディングワイヤ２０により接続する。ここで上層絶縁体３２のパターン側のボンディングパッド１４は、半導体受光素子１０の基板１１上面に形成されているため、ボンディングワイヤ２０は半導体受光素子１０側のボンディングパッド１４から一旦上方に立ち上がり、それから実装基板３側のボンディングパッド１６に接続される。

（樹脂封止）
次いで図２（ｄ）に示すように、上記のように実装基板３上に半導体受光素子１０を配設した光半導体装置を金型２１に装填する。金型２１は、下金型２１ａと上金型２１ｂとで構成されている。下金型２１ａは、実装基板３を隙間なく収容できる大きさ、及び実装基板３の厚みと同じ深さの凹部２１ｃを備え、当該凹部２１ｃに実装基板３を収容したとき、実装基板３の外周上面が凹部２１ｃの上面と一致するようになっている。

上金型２１ｂにも凹部２１ｄが形成されており、当該凹部２１ｄは、平面視（下からの平面視）で下金型２１ａの凹部２１ｃよりやや小さな大きさで、実装基板外周上面から、前記絶縁壁３０の上面までの厚み２１ｆと一致する、あるいはやや小さな深さを備えている。前記上金型２１ｂの下金型２１ａとの境界付近には、前記凹部２１ｃに連通する樹脂注入口２３が設けられており、ここから、溶融した封止樹脂を流し込むことができるようになっている。

上記構成において、下金型２１ａに半導体受光素子１０を実装した実装基板３を収容した状態で上金型２１ｂを蓋すると、当該上金型２１ｂの外周部で、前記実装基板３の外周部を抑えるとともに、絶縁壁３０の上面に上金型の凹部２１ｄの底面が当接し、半導体受光素子１０及び実装基板３は上下の金型から僅かな応力を受けることになる。しかしながら、上記したように絶縁壁３０を構成することによって、当該絶縁壁３０で応力は緩和され、半導体受光素子１０及び実装基板３に、亀裂を生じさせるまでのストレスを与えることはない。すなわち、本実施の形態では、上層絶縁体３２の下に下層の絶縁体３１を形成して二層構造とし、しかも下層の絶縁体材料を上層の絶縁体材料と最下層の半導体受光素子との中間的なヤング率に設定した。これにより、直接的に半導体受光素子に応力がかからず、下層の絶縁体材料が応力を緩和するとともに、受光領域１２とそれ以外の領域が液密に分離されることになる。

この状態で、前記樹脂注入口２３から溶融した樹脂を注入したとき、当該樹脂は前記受光領域１２以外の半導体受光素子１０上、及び実装基板３上に充填され、受光領域１２の部分を外気に開放した状態で、ボンディングワイヤ２０及びボンディングパッド１４が外気から保護された状態で封止ができることになる。

封止樹脂としては、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、あるいはポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂で樹脂封止し、その後当該樹脂を固化する。
封止樹脂で封止される領域は、少なくとも接続体を含む領域が樹脂で封止されていればよいが、実装基板上の領域のうち、半導体受光素子の受光領域を除く実装基板上の全領域が封止されてもよく、一部が封止されてもよい。

（その他）
本実施の形態では、受光領域１２を取り囲む絶縁壁３０のうち、下層の絶縁体３１としてポリイミド、上層の絶縁体３２としてエポキシレジストを用いた例について説明したが、これらに限定されるものではなく、例えば上層の絶縁体３２としてアクリル系レジストを使用することも可能であり、上下層それぞれの材料のヤング率と表面積の大小関係が上記と同等で有る限り、任意の材料を選択することが可能である。さらに、上記絶縁壁３０は二層構造に限定されるものではなく、絶縁体の上層から下層へヤング率又は断面積が順次増えるという関係を維持する限り任意の層数を積層することが可能である。

また半導体受光素子１０から絶縁壁３０上面までの厚みは半導体受光素子１０からボンディングワイヤ２０の最も高い位置までの高さよりも大きいことが望ましい。これによりボンディングワイヤ２０の最も高い位置まで封止樹脂２４に封止されることになり、本願の目的をより効果的に達成することができる。積層された少なくとも二種類からなる絶縁体材料のパターン化加工は適切な数種の方法を用いて可能であるが、高精度なパターン形成が可能なフォトリソグラフィを用いることで、本願の目的をより効果的に達成することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る光半導体装置について図４を用いて説明する。図４（ａ）、（ｂ）は本実施形態による半導体受光素子の断面構造を示し、図４（ｃ）は図４（ａ）、（ｂ）の半導体受光素子の平面図である。また、図４（ｄ）は、本実施の形態で使用するフォトマスクである。第１の実施形態の（半導体受光素子の形成）工程では、上下２層の絶縁体を使用したが、本実施の形態では、単層の絶縁壁３０に開口３３を形成する。

開口３３の形成方法を説明する。まず、通常のフォトリソグラフィ技術を用いて半導体基板１１上に絶縁壁３０を形成する。次に、上記絶縁壁３０に開口３３を形成する。図４（ａ）、（ｃ）に示すように、この開口３３は、底部に半導体受光素子１０の半導体基板１１が露出し、平面形状が円形の空洞である。この開口３３は、図４（ｄ）に示すように、例えば２０μｍφの径の開口パターン４１を１００μｍ間隔で複数有するフォトマスク４０を使用したフォトリソグラフィにより形成する。絶縁壁３０の材料は、例えば、第１の実施形態で用いたヤング率＝２．０ＧＰａのエポキシ系レジスト（化薬マイクロケム社製、ＳＵ−８ ３０００）を使用する。

本構造の半導体受光素子１１を実装した実装基板を第１の実施形態と同様、上下の金型２１の間に挟み込み、樹脂封止すると、上記絶縁壁３０は、複数の開口３３が金型封止時に絶縁体３０にかかる応力を弾性変形にて吸収し、局所的な圧力を分散、吸収する。これにより、半導体受光素子１０の基板１１のクラック発生を抑制することができる。なお、前記開口３３のサイズが大きすぎると金型２１からの圧力から半導体受光素子１０を保護することが困難となり、また半導体受光素子１０との密着性も低下する。そこで、開口３３の径は５０μｍφ程度を上限とし、パターニング可能な１０μｍφ程度を下限とすることが望ましい。

また開口３３の平面形状に関しても、応力緩衝機能と半導体受光素子基板１１への接着強度を確保できるものであれば円状に限定されるものではないが、均一な圧力分布が得られるよう、均等な寸法の同一形状で絶縁体平面上で均等な密度に配置することが望ましい。さらに図４（ｂ）のように、絶縁壁３０を２層または多層として第１の実施形態との組み合わせも有効である。上下層の絶縁体材料のうち上層絶縁体３２のみあるいは上下の両層の絶縁体３１，３２に開口３３を形成することにより、金型封止時にかかる応力を弾性変形でも吸収することができる。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る光半導体装置について、図５を用いて説明する。図５は本実施形態の半導体受光素子の断面構造を示している。絶縁壁を３層とし、中間層の絶縁体内部に中空部３４を多数設けた半導体受光素子１０を形成することが第２の実施形態と異なる。

上層３０ｃ、中層３０ｂ、下層３０ａの各絶縁壁３０の材料はいずれも第１の実施形態で用いたヤング率＝２．０ＧＰａのエポキシ系レジスト（化薬マイクロケム社製、ＳＵ−８ ３０００）とし、使用可能なヤング率の範囲も第１の実施形態と同じである。

上層３０ｃ、中層３０ｂ、下層３０ａを有する絶縁壁３０の形成方法を説明する。まず第１の実施形態と同様にして半導体基板１１に形成した下層絶縁体３０ａ上に中間層の絶縁体３０ｂを形成する。次に、第２の実施形態で使用した図４（ｄ）の開口パターン４１を有するフォトマスク４０を使用して開口を形成する。この開口が中空部３４になる。

次に、上層絶縁体３０ｃを形成する。ここで使用したレジストはドライフィルムタイプのレジスト（図示しない。）である。ドライフィルムタイプのレジストとは、構成材料自体は液体状態のレジストと同一成分で、主として溶剤のみを除去した（固化した）状態の材料をフィルム状にしたものである。このドライフィルムタイプのレジストを中層絶縁体３０ｂ上に貼り付ける。貼り付け方法は、真空ラミネータを使用した。ドライフィルムタイプのレジスト各一層分の厚みは２０μｍである。

このようにすることで、中層の絶縁体３０ｂに形成した中空部３４が埋まらないように、テンタティブに最上層レジストを貼り付けることが可能である。本構造の絶縁体は外観的には空洞のない絶縁体と同様の出来映えを示すことから見映えがよい。

下層３０ａ、中層３０ｂのレジスト膜もドライタイプのレジスト膜で形成できる。図５に示す３層構造の絶縁壁３０はレジストフィルム貼り付け、露光現像といったフォトリソグラフィによる一連の処理を各絶縁体の層に繰り返し行うことで形成することが可能である。

本構造の半導体受光素子１１を実装した実装基板を第１の実施形態と同様、上下の金型２１の間に挟み込み、樹脂封止すると、金型封止時に絶縁壁３０にかかる応力を中空部３４が変形、吸収することで、当該応力を分散、吸収させることができ、半導体受光素子のクラック発生を抑制することができる。

中空部３４の平面視形状は正方形、円形であることが好ましい。中空構造に関しては三層の構造に限定されるものではなく、三層以上の多層の中空構造にすることも可能である。さらに開口の配置位置を各層でずらせて積層することも可能である。

また第１及び第２の実施形態のようなヤング率の異なる絶縁体を用いることもできる。例えば、最下層３０ａにヤング率の大きな感光性ポリイミド（日立化成デュポンマイクロシステムズ社製、ＰＩ２７３１）を用い、その上に本実施形態の中空構造を形成したヤング率の小さなエポキシ系永久レジスト（化薬マイクロケム社製、ＳＵ−８ ３０００）を用いることで、絶縁体にかかる局所的な圧力を分散、吸収させることができる。

（効果）
本発明は、樹脂封止時に、絶縁壁上面と上金型の下面が液密に当接し封止樹脂の受光領域への侵入を遮るので、受光領域が封止樹脂で覆われることはない。よって、半導体装置のパッケージの透明樹脂の変色の問題を回避できる。さらに半導体受光素子に到達できるレーザ光の光量が低下することにより素子特性が変動するといった不具合を抑制できる。本発明の半導体受光素子は、受光領域が外気に開放している構成であるが、受光領域表面に水を透過しない膜を形成することにより水分の侵入を防ぐことができる。

本発明の光半導体装置は、光ピックアップ装置に用いられる半導体受光素子、イメージセンサ等の光デバイスに対しても有用でありその産業上の利用可能性は大きい。

本発明の第１の実施形態に係る光半導体装置を示す（ａ）平面図、及び（ｂ）断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るに光半導体装置おけるプロセス図である。 本発明の第１の実施形態に係る受光領域を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る受光領域を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る受光領域を示す断面図である。 従来の光半導体装置を説明する断面図である。

符号の説明

１ 光半導体装置
３ 実装基板
１０ 半導体受光素子
１２ 受光領域
１４ 半導体受光素子側ボンディングパッド
１６ 基板側ボンディングパッド
１８ 引き出し電極
２０ ボンディングワイヤ
２１ａ 金型下部
２１ｂ 金型上部
２３ 樹脂注入口
２４ 封止樹脂
３０ 絶縁壁
３１ 絶縁体下層
３２ 絶縁体上層
３３ 開口
３４ 中空部

Claims (20)

1. 実装基板上に配置された、受光領域を有する半導体受光素子と、
   前記実装基板上の電極体と、
   前記半導体受光素子と前記電極体を電気的に接続する接続体を備えた光半導体装置において、
   前記半導体受光素子の受光領域の周囲に形成された絶縁壁と、
   前記絶縁壁の外周面に接し、前記実装基板外縁にわたる範囲内で、前記半導体受光素子及び当該実装基板を被覆する封止樹脂を有することを特徴とする光半導体装置。
2. 前記絶縁壁が、ヤング率の異なる少なくとも二種類の絶縁体が積層されることにより形成される請求項１に記載の光半導体装置。
3. 前記少なくとも二種類の絶縁体のうち、ヤング率の最も大きい絶縁体が、前記半導体受光素子に直接積層される下層の絶縁体である、請求項２に記載の光半導体装置。
4. 前記半導体受光素子の上面に平行な面の最小断面積を前記下層の絶縁体より小さく形成された絶縁体が、当該下層の絶縁体上に積層された、請求項２または３記載の光半導体装置。
5. 前記少なくとも二種類の絶縁体のうち、上層の絶縁体の下面の外縁が下層の絶縁体の上面の外縁より内側に形成される請求項４に記載の光半導体装置。
6. 前記絶縁壁内部に中空部が形成された、請求項１から５いずれか一項記載の光半導体装置。
7. 前記絶縁壁上面に開口が形成された、請求項１から５いずれか一項記載の光半導体装置。
8. 前記絶縁壁が３層以上の絶縁体から構成され、当該絶縁体のうち中間層の絶縁体上面に開口が形成された、請求項６に記載の光半導体装置。
9. 前記接続体が、ボンディングワイヤであり、
   前記半導体受光素子から絶縁壁上面までの厚みが、当該半導体受光素子から前記ボンディングワイヤ最上部までの高さよりも大きい状態で、当該ボンディングワイヤが封止された、請求項１から８いずれか一項記載の光半導体装置。
10. 前記半導体受光素子が複数の受光領域を有し、当該受光領域それぞれの周囲に前記絶縁壁が形成された、請求項１から９いずれか一項記載の光半導体装置。
11. 受光領域を有する半導体受光素子と、電極体と、前記半導体受光素子と前記電極体を電気的に接続する接続体とを備えた実装基板が金型内に配置され、前記半導体受光素子の受光領域を除く実装基板上の領域のうち少なくとも前記接続体を含む領域が樹脂で封止される、光半導体装置の製造方法において、
    前記樹脂を遮る絶縁壁が前記半導体受光素子の受光領域の周囲に形成される工程と、
    前記絶縁壁を前記金型の内壁に当接させた状態で前記金型に樹脂が注入される工程を備えることを特徴とする光半導体装置の製造方法。
12. 前記絶縁壁が、前記半導体受光素子よりヤング率の小さい材料で形成される請求項１１に記載の光半導体装置の製造方法。
13. 前記絶縁壁の形成工程が、
    前記半導体受光素子の受光領域の周囲に、当該半導体受光素子よりヤング率の小さい下層絶縁体が形成される工程と、
    前記下層絶縁体よりヤング率が小さく、かつ前記半導体受光素子の上面に平行な面の最小断面積が小さい絶縁体が当該下層絶縁体に積層される工程を含む請求項１１に記載の光半導体受光素子装置の製造方法。
14. 前記二種類の絶縁体のうち、上層の絶縁体の下面の外縁が、下層の絶縁体の上面の外縁より内側に形成される請求項１３に記載の光半導体装置の製造方法。
15. 前記絶縁壁内部に中空部が形成される請求項１１から１３いずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。
16. 前記絶縁壁上面に開口が形成される請求項１１から１３いずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。
17. 前記絶縁壁が、３層以上の絶縁体から形成され、当該絶縁体のうち中間層の絶縁体に開口を形成し、当該中間層の絶縁体上に上層の絶縁体が積層される請求項１５に記載の光半導体装置の製造方法
18. 前記絶縁壁が、フォトリソグラフィにより形成される請求項１１から１７いずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。
19. 前記半導体受光素子が複数の受光領域を有し、当該受光領域それぞれの周囲に前記絶縁壁が形成された、請求項１１から１８いずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。
20. 前記接続体が、ボンディングワイヤであり、
    前記半導体受光素子から絶縁壁上面までの厚みが、当該半導体受光素子から前記ボンディングワイヤ最上部までの高さよりも大きい状態で、当該ボンディングワイヤが封止される請求項１１から１９いずれか一項記載の光半導体装置の製造方法。

Images