JP3678526B2

JP3678526B2 - Semiconductor device

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Publication number: JP3678526B2
Application number: JP02692897A
Authority: JP
Inventors: 勝己柴山; 雅治村松
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1997-02-10
Filing date: 1997-02-10
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2017-02-10
Also published as: JPH10223873A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置に係り、特に裏面照射型の半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からある半導体装置として、いわゆる裏面照射型の半導体装置が知られている。この種の半導体装置は半導体基板を有し、その半導体基板の一面に光検出部を有している。そして、半導体基板には、光検出部と反対側で半導体基板の一部が削られて凹部が形成されている。このため、半導体基板には、光検出部をもった薄型化部分が設けられている。この薄型化部分は、厚くなった半導体基板では吸収されて高感度に検出することができない紫外線、軟Ｘ線、電子線等のエネルギー線に対応して設けられるものであり、この薄型化部分では、半導体基板の凹部側の面に照射される光が光検出部で検出される。
【０００３】
このような裏面照射型半導体装置にあっては、光検出部に電気的に接続される信号読出し電極が半導体基板の裏面に配置されるため、通常のボンディングワイヤ等による信号の読出しができない。そのために半導体基板においては、信号読出し電極が、支持基板上に形成された電極、又は配線に導電性バンプにより電気的に接続され、支持基板上の電極又は配線を介してボンディングワイヤ等により信号が読み出される。このような半導体装置における半導体基板は、その薄型化部分がその薄さに起因して機械的強度が弱くなっており、全体として機械的強度が弱くなっている。また、半導体基板と支持基板とを電気的に接続する導電性バンプの接続強度も弱くなっている。そこで、導電性バンプの接続強度を確保すべく、導電性バンプによる接続によって半導体基板と支持基板との間に形成された空隙に絶縁性樹脂が充填され、絶縁性樹脂が薄型化部分に接合されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の半導体装置においては、半導体基板の薄型化部分を除いた部分については、支持基板及び絶縁性樹脂により機械的強度が確保されている一方、半導体基板の薄型化部分については、その機械的強度の弱さに起因して以下に示す問題点を有している。
【０００５】
すなわち、第一に、従来の半導体装置は、半導体基板および支持基板の間隔が導電性バンプにより一定に保持されると共に絶縁性樹脂が薄型化部分と接合されているため、加熱等により絶縁性樹脂が硬化して収縮すると、薄型化部分が絶縁性樹脂の収縮に伴って引っ張られ、たわんでしまう場合がある。この場合、半導体装置の使用時において光検出部に対するフォーカシングや光検出部における特性ユニフォミティに悪影響が出る場合がある。
【０００６】
第二に、半導体基板および支持基板間で薄型化部分の対向位置に気泡が存在する場合があり、この気泡が薄型化部分より小さい時には、絶縁性樹脂の収縮により薄型化部分においてそのたわみの程度が場所によって異なることとなり、前述と同じ問題が生じる。
【０００７】
第三に、半導体装置として、光検出部を冷却するため支持基板にペルチェ素子などの冷却装置が接合されたものがあり、その冷却装置によって光検出部を冷却する場合には、薄型化部分がたわんでいることにより光検出部において温度ユニフォミティが低下する場合がある。また、前記気泡の存在により絶縁性樹脂の存在するところと存在しないところができ、温度差が生じることにより温度ユニフォミティが低下する場合がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、良好な特性を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、半導体基板の一面に光検出部を有し、その光検出部と反対側で半導体基板の一部が削られることにより、薄型化された薄型化部分が半導体基板に設けられた半導体装置において、半導体基板の一面側に対向配置され、光検出部に対向する位置に貫通孔を有し、導電性バンプを介して光検出部に電気的に接続された電極を有する支持基板と、支持基板と半導体基板との間の空隙に、薄型化部分に接触しないように、且つ、薄型化部分と貫通孔との間に充填されないように、充填される絶縁性の第１の樹脂とを備えることを特徴とする。
【００１０】
この半導体装置によれば、半導体装置の製造時において、絶縁性の第１の樹脂は、半導体基板と支持基板との間の空隙に充填され、貫通孔と薄型化部分との間には充填されることがない。このため、導電性バンプにより半導体基板および支持基板の間隔が一定に保持された状態において、加熱等により第１の樹脂が硬化されて収縮しても、その薄型化部分が第１の樹脂により引っ張られることがなく、従って、薄型化部分がたわむことがない。
【００１１】
また、貫通孔は、半導体基板に面する側の開口が薄型化部分と同じ大きさ若しくは薄型化部分より大きく形成されていることが好ましい。この半導体装置によれば、半導体装置の製造時において、半導体基板と支持基板との間の空隙には、毛細管現象により絶縁性の第１の樹脂が注入される一方、薄型化部分と貫通孔との間では、毛細管現象が起こらず、第１の樹脂が充填されることがない。
【００１２】
また、貫通孔内壁と絶縁性の第１の樹脂の内周面と薄型化部分とで囲まれる領域内に、第１の樹脂の熱膨張係数以下の熱膨張係数を有する第２の樹脂が更に充填されていることが好ましい。この場合、絶縁性の第１の樹脂が硬化されて収縮する場合でも、第２の樹脂が収縮し難いため、薄型化部分が引っ張られ難くなると共に第２の樹脂によって薄型化部分が補強される。また、光検出部を第２の樹脂を介して冷却する場合に、第２の樹脂がない場合に比べて冷却効率が向上する。
【００１３】
また、支持基板に冷却装置が取り付けられ、その冷却装置により第２の樹脂が冷却されてもよい。この場合、冷却装置により第２の樹脂が冷却されると、その冷却された第２の樹脂を介して光検出部が冷却され、光検出部でのノイズが低減される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面と共に本発明による半導体装置の第１から第４までの実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一又は同等の構成要素については、同一の符号を付することとする。
【００１５】
図１は、本発明の半導体装置の第１実施形態を示す縦断面端面図であり、図２は図１の半導体装置を示す平面図である。図１に示すように、半導体装置１は、平板状の半導体基板２を有し、この半導体基板２は、例えばシリコンのＰ⁺層３とその上に形成されたＰエピ層４とで構成されている。この半導体基板２のＰエピ層４の表面には光検出部としてのＣＣＤ８が形成され、そのＰエピ層４と反対側のＣＣＤ８に対応する部分では、Ｐ⁺層３の一部が除去されることでＰエピ層４が露出されて光ガイド凹部５が形成され、アキュームレーション層２３が形成されている。このため、半導体基板２には、ＣＣＤ８を含む薄型化された薄型化部分６が設けられている。なお、Ｐ⁺層３及びＰエピ層４からなる半導体基板２は、例えば約３００〜６００μｍの厚さとなっており、薄型化部分６は約１５〜４０μｍの厚さとなっている。
【００１６】
この薄型化部分６は、その光ガイド凹部５側の面が矩形状の平坦な光被照射面７となっており（図２参照）、その光被照射面７はＣＣＤ８とほぼ同じ大きさに形成されている。この薄型化部分６は、光ガイド凹部５を通って光被照射面７に照射される光をＣＣＤ８で検出するものである。また、半導体基板２は、ＣＣＤ８の周辺領域に配線（図示せず）を介してＣＣＤ８に電気的に接続されたＡｌ等から形成された電極パッド１０を有し、その電極パッド１０上には導電性バンプ１１（例えば金製のボールバンプ）が取り付けられている。このとき、導電性バンプ１１の接続強度を上げるために複数個の導電性バンプ１１を取り付けてもよい。そして、ＣＣＤ８、電極パッド１０及び導電性バンプ１１は相互に電気的に接続されている。
【００１７】
また、半導体装置１は、半導体基板２のＣＣＤ８側に、導電性バンプ１１を介して対向配置された支持基板１２を有している。この支持基板１２は、例えばベース基板であるシリコン基板１３を有し、このシリコン基板１３と半導体基板２の導電性バンプ１１との間は、シリコン基板１３側から順次積層される酸化シリコン膜１４、電極パッド１５及びコンタクトパッド１６で構成されている。また、酸化シリコン膜１４、電極パッド１５は窒化シリコン膜１７ａで覆われ、この窒化シリコン膜１７ａにおいて、電極パッド１５上に形成されたワイヤボンディング用開口部１８を通ってボンディングワイヤ（図示せず）の一端が電極パッド１５に接続されている。また、電極パッド１５の上に形成されたコンタクトパッド１６が導電性バンプ１１に接続されている。このため、ＣＣＤ８で得られた信号電荷が半導体基板２の電極パッド１０、導電性バンプ１１、コンタクトパッド１６、電極パッド１５及びボンディングワイヤを通って外部に取り出されるようになっている。
【００１８】
なお、支持基板１２のベース基板としてシリコン基板１３としたが、ベース基板としては、比較的硬質のものであれば如何なるものでもよい。例えば、セラミックス、ガラス又はプラスチック類等であってもよい。この場合、電極パッド１５は、蒸着や導電性樹脂のスクリーン印刷法により形成される（図５参照）。また、コンタクトパッド１６は、導電性バンプ１１との電気的コンタクトを向上させる観点から、導電性バンプ１１側からＡｕ／Ｐｔ／Ｔｉの順に構成されている。更に、シリコン基板１３の半導体基板２と反対側の面には、ウェットエッチングによりシリコン基板１３に開口部を設けるためのマスク用の窒化シリコン膜１７ｂが形成されている。
【００１９】
また、支持基板１２には、半導体基板２の薄型化部分６に対向する位置に貫通孔１９が形成され、窒化シリコン膜１７ａの表面と半導体基板２とで形成される空隙３５（図１３（ａ）参照）には、絶縁性の第１の樹脂２０が充填され、この第１の樹脂２０により絶縁層が構成されている。この第１の樹脂２０は、例えばエポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂若しくはアクリル系樹脂又はこれらを複合させたものを含む接着性樹脂で構成されている。
【００２０】
ここで、貫通孔１９は、その一端にあるＣＣＤ８側の開口１９ａおよび他端にある開口１９ｂが薄型化部分６の光被照射面７と同じ大きさ、若しくは薄型化部分６の光被照射面７より大きくなっていることが好ましい。このようにするのは、半導体基板２と支持基板１２との間に毛細管現象により絶縁性の第１の樹脂２０が充填される際に、その絶縁性の第１の樹脂２０が薄型化部分６に接触しないようにするためである。このような貫通孔１９の一例として図２に示すものがある。図２には、貫通孔１９の一端の開口１９ａが薄型化部分６の光被照射面７より大きくなっており、且つ、貫通孔１９の他端の開口１９ｂが開口１９ａより大きくなっている例が示されている。なお、この図２において貫通孔１９のＣＣＤ８側の開口１９ａが薄型化部分６の光被照射面７より大きくなっている例が示されているが、開口１９ａは光被照射面７と同じ大きさで形成されていてもよい。また、開口１９ａと開口１９ｂとが同じ大きさであってもよい。
【００２１】
また、このような貫通孔１９により、その貫通孔１９と薄型化部分６との間に絶縁性の第１の樹脂２０が充填されないため、絶縁層には薄型化部分６に対向する位置に開口部２１が形成されている。この開口部２１はそのＣＣＤ８側の開口が薄型化部分６の光被照射面７より大きくなっている。すなわち、薄型化部分６には、絶縁性の第１の樹脂２０が接着されていない。
このような構成をもった半導体装置１によれば、半導体装置１の製造時に、薄型化部分６の対向位置に開口部２１が形成されて絶縁性の第１の樹脂２０が薄型化部分６に接着されなくなるため、導電性バンプ１１により半導体基板２および支持基板１２の間隔が一定に保持された状態において、絶縁性の第１の樹脂２０が加熱等により硬化されて収縮しても、薄型化部分６が第１の樹脂脂２０により引っ張られることがほとんどなく、従って、薄型化部分６がたわむことがほとんどない。この結果、半導体装置１の使用時において、ＣＣＤ８に対するフォーカシングが正確に行われ、また、ＣＣＤ８における特性ユニフォミティが向上するようになる。
【００２２】
次に、本発明の半導体装置の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同様の構成部分については、その説明を省略する。
【００２３】
図３は、第２実施形態に係る半導体装置を示す縦断面端面図である。図３に示すように、この半導体装置３０は、第２の樹脂２７が、支持基板１３の貫通孔内壁と絶縁性の第１の樹脂２０の内周面２０ａと薄型化部分６との間の領域内に更に充填されている点で第１実施形態に係る半導体装置１と異なっている。すなわち、半導体装置３０は、絶縁層に形成された開口部２１内、および貫通孔１９内に第２の樹脂２７が充填されている点で半導体装置１と異なっている。
【００２４】
ここで、第２の樹脂２７としては、絶縁性の第１の樹脂２０の熱膨張係数より小さい熱膨張係数をもった樹脂が用いられ、特に、薄型化部分６の熱膨張係数と同一又はそれに近い熱膨張係数の樹脂が好ましい。例えば、半導体基板２がシリコンからなる場合はシリコーン系樹脂が用いられる。また、第２の樹脂２７としては、室温硬化型樹脂を含むものであってもよい。なお、第２の樹脂２７は、貫通孔１９を通して注ぎ込むことで貫通孔１９および開口部２１内に充填されている。
【００２５】
このような構成の半導体装置３０によれば、絶縁性の第１の樹脂２０が加熱等により硬化されて収縮する場合であっても、第２の樹脂２７が絶縁性の第１の樹脂２０より収縮し難いため、薄型化部分６がたわみ難くなると共に、第２の樹脂２７が硬化することで薄型化部分６が補強されることとなる。また、薄型化部分６のＣＣＤ８を冷却する必要がある場合、この第２の樹脂２７を介してＣＣＤ８が冷却されるため、第２の樹脂２７がない場合に比べて、冷却効率が向上することとなる。更に、第２の樹脂２７の充填に当たって、毛細管現象を利用せず貫通孔１９および開口部２１内に注ぎ込むようにしているため、薄型化部分６の対向位置に気泡が生じることもない。
【００２６】
なお、図３においては、第２の樹脂２７と絶縁性の第１の樹脂２０とが互いに異なった樹脂で構成されているが、図４に示すように、絶縁性の第１の樹脂２０が第２の樹脂２７と同じ樹脂で形成されてもよい。また、支持基板１２のベース基板としてシリコン基板１３としたが、ベース基板としては、比較的硬質のものであれば如何なるものでもよい。例えば、図５に示すように、セラミックス、ガラス又はプラスチック類等であってもよい。この場合、電極パッド１５は、蒸着や導電性樹脂のスクリーン印刷法により形成される。
【００２７】
次に、本発明の半導体装置に係る第３実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同様の構成部分については、その説明を省略する。
【００２８】
図６は、第３実施形態に係る半導体装置の縦断面端面図である。図６に示すように、この半導体装置４０は、支持基板１２に冷却装置２８が取り付けられている点で第２実施形態の半導体装置３０と異なっている。冷却装置２８は、例えば適当な接着樹脂３１を介して支持基板１２の窒化シリコン膜１７ｂに接合され、第２の樹脂２７と冷却装置２８との間には空隙２９が形成されている。なお、冷却装置２８としては、例えばペルチェ素子が用いられる。
【００２９】
このような構成の半導体装置４０によれば、冷却装置２８により接着樹脂３１を介した支持基板１２と空隙２９を介して第２の樹脂２７が冷却されると、その冷却された第２の樹脂２７を介してＣＣＤ８が冷却され、ＣＣＤ８でのノイズが低減されることとなる。
【００３０】
なお、図６においては、第２の樹脂２７と冷却装置２８との間に空隙２９が形成されているが、図７に示すように、冷却装置２８と、窒化シリコン膜１７ｂ及び第２の樹脂２７との間において空隙２９をなくし、その空隙２９にも接着樹脂３１が完全に充填されるようにすることが好ましい。このようにすることで、冷却装置２８による冷却効率が更に向上することとなる。なお、この場合、接着樹脂３１としては熱伝導率の高い樹脂を用いることが好ましい。この接着樹脂３１は、絶縁性の樹脂でも導電性の樹脂であってもよいが、例えば第２の樹脂２７と同一のシリコーン系樹脂であることが好ましい。これは、シリコーン系樹脂が比較的熱伝導率が高く且つ熱膨張係数が比較的小さいためである。
【００３１】
次に、本発明に係る半導体装置の第４実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一又は同様の構成部分については、その説明を省略する。
【００３２】
図８は、第４実施形態に係る半導体装置を示す縦断面端面図である。この半導体装置５０は、貫通孔１９の開口１９ａと反対側の開口１９ｂが薄型化部分６の光被照射面７より小さくなっている点で第１実施形態の半導体装置１と異なっている。このようにすることで、例えば貫通孔１９の開口１９ｂを含む窒化シリコン膜１７ｂにダイパッド（図示せず）等が接合される場合に、ダイボンディングが行い易くなる。
【００３３】
なお、本発明は、前述した第１から第４までの実施形態に限定されるものではない。例えば、半導体装置の他の例として、図９及び図１０に示すものがある。図９に示す半導体装置６０は、支持基板１２のベース基板としてシリコン、セラミックス、ガラス又はプラスチック類を用いたもので、支持基板１２において、ＣＣＤ８と反対側に向けて凸状となった貫通孔１９が形成され、この貫通孔１９の開口１９ｂは薄型化部分６の光被照射面７より小さくなっている。この半導体装置６０によれば、第４実施形態の半導体装置５０と同様、開口１９ｂを含む面にダイパッド（図示せず）等が接合される場合にダイボンディングが行い易くなる。
【００３４】
また、図１０に示す半導体装置７０は、半導体基板２において、その薄型化部分６のＣＣＤ８の表面に撥水処理が施されている点で図９の半導体装置６０と異なっている。このように薄型化部分６に対して撥水処理を施すこととしたのは、半導体装置７０の製造時において絶縁性の第１の樹脂２０が薄型化部分６に接着されるのを防止するためである。ここで、撥水処理は、例えばＣＣＤ８の表面に、絶縁性の第１の樹脂２０に対してぬれ性の悪いコーティング材３３をコーティングすることでなされる。従って、半導体装置７０は、第１実施形態に係る半導体装置１のように貫通孔１９の両端の開口を１９ａ，１９ｂ以上の大きさとする必要はなく、図１０に示すように、支持基板１２の貫通孔１９の両端の開口１９ａ，１９ｂを薄型化部分６の光被照射面７より小さくすることができる。このため、支持基板１２がダイパッド等に接合される場合に、その支持基板１２において、接合面を広くすることができ、ダイボンディングを行い易くすることができる。
【００３５】
次に、前述した第１の実施形態に係る半導体装置１の製造方法の一例について説明する。
【００３６】
半導体基板２の製造に当たっては、まず、図１１（ａ）に示すように、厚さ３００〜６００μｍ、直径４インチの円板状の（１００）面のシリコンウェファの両面に鏡面処理を施したものを用意する。ここで、シリコンウェファは、Ｐ⁺層３とその上のＰエピ層４とで構成されている。次に、図１１（ｂ）に示すように、このシリコンウェファのＰエピ層４側の表面に光検出部としてのＣＣＤ８を形成し、このＣＣＤ８と反対側のＰ⁺層３側の表面上に、厚さ０．８〜１．２μｍのマスク用の窒化シリコン膜２２を堆積した後、この窒化シリコン膜２２のエッチングすべき領域をドライエッチングにより除去し、Ｐ⁺層３を露出させておく。
【００３７】
そして、図１１（ｃ）及び（ｄ）に示すように、シリコンウェファのＣＣＤ８側の面にワックス等で直径１２ｃｍの石英板２４を貼り付け、この石英板２４を持った状態で、露出したＰ⁺層３を６〜８規定、５０〜８０℃の水酸化カリウム溶液に浸し、Ｐ⁺層３の異方性エッチングを行う。この異方性エッチングは、Ｐエピ層４から５〜１５μｍのところまで行う。続いて、フッ酸、硝酸及び酢酸をそれぞれ１対１対８の割合で混合した溶液により、Ｐエピ層４に達するまで、すなわちＰ⁺層３とＰエピ層４との境界までエッチングする。このとき、エッチングは、Ｐエピ層４に達したところで自発的にストップするようになっている。
【００３８】
このようにして、光ガイド凹部５が形成されると同時に、厚さ１５〜４０μｍの薄型化部分６が得られる。続いて、シリコンウェファから石英板２４を取り外し、ＣＣＤ８を形成した面を有機溶剤で洗浄した後、裏面のアキュームレーション処理を施す。
【００３９】
裏面のアキュームレーション処理として、５００〜１０００Åの酸化膜を加熱処理により成長させ、裏面側にボロンをイオン注入し、８００〜１０００℃でアニールを行う。ここで、酸化膜は、表面にも成長するため、表面の酸化膜はドライエッチングで除去する。このようにしてアキュームレーション層２３を形成する。
【００４０】
そして、シリコンウェファのＣＣＤ８側の面上に、厚さ約１μｍのＡｌを堆積させて厚さ約１μｍのＡｌパッド１０をドライエッチングにより形成する。その後、円板状のシリコンウェファをチップ状にダイシングした後、電極パッド１０上に超音波ボールボンダを用いて導電性バンプ（金製のボールバンプ）１１を複数個形成する。このようにして半導体基板２の製造が完了する（図１１（ｅ）参照）。
【００４１】
一方、支持基板１２の製造に当たっては、まず図１２（ａ）に示すように、厚さ３００〜６００μｍの直径４インチシリコンウェファ１３を用意し、そのシリコンウェファ１３の一面に厚さ２〜３μｍの酸化シリコン膜１４を堆積する。そして、図１２（ｂ）に示すように、この酸化シリコン膜１４上に厚さ約１μｍの電極パッド１５を形成し、続いて、シリコンウェファ１３の両面に厚さ約０．８〜１．２μｍのマスク用の窒化シリコン膜１７ａ，１７ｂをプラズマＣＶＤにより堆積し、図１２（ｃ）に示すように、窒化シリコン膜１７ａに、導電性バンプ１１と接触するコンタクトパッド１６をリフトオフ法により形成すると共に、ドライエッチングによりワイヤボンディング用開口部１８を形成して電極パッド１５を露出させる。ここで、コンタクトパッド１６は、Ａｕ／Ｐｔ／Ｎｉからなり、Ｎｉが電極パッド１５に接触するように形成され、Ａｕは窒化シリコン膜１７ａと同一面内で露出された状態としてある。また、反対側の窒化シリコン膜１７ｂは、貫通孔１９を形成すべき部分をエッチングにより除去し、シリコンウェファ１３を露出させておく。
【００４２】
そして、直径１２ｃｍの石英板（図示せず）をシリコンウェファ１３の電極パッド１５側の面にワックス等で貼り付け、この石英板を持った状態で、露出したシリコンウェファ１３を６〜８規定、５０〜８０℃の水酸化カリウム溶液に浸し、シリコンウェファ１３を異方性エッチングする。この異方性エッチングは、酸化シリコン膜１４に達するまで続ける。このとき酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１７ａは、貫通されていない状態にある。
【００４３】
そして、石英板をシリコンウェファ１３から取り外し、そのシリコンウェファ１３を有機溶剤で洗浄する。その後、直径４インチのシリコンウェファ１３をダイシングによりチップ状にする。このダイシングの際に、図１２（ｄ）に示すように、前述した未貫通の酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１７ａを水圧により除去し、貫通させる。このようにして、貫通孔１９をもった支持基板１２の製造が完了する。なお、水圧によって酸化シリコン膜１４及び窒化シリコン膜１７ａが完全に除去できない時は、ピンセット等で容易に除去することができる。
【００４４】
そして、この支持基板１２を前述の半導体基板２と接合させるに当たっては、まず、図１３（ａ）に示すように、半導体基板２の導電性バンプ１１が支持基板１２のコンタクトパッド１６に接触するようにアライメントし、加熱加圧によりフェースボンディングを行う。加熱加圧の条件は、導電性バンプ１１の材質によって異なるが、金のボールバンプの場合、２７０〜４００℃の温度で加熱し、２０〜４０ｇ／バンプの圧力で加圧する。
【００４５】
そして、図１３（ｂ）に示すように、フェースボンディングした半導体基板２と支持基板１２との間の空隙３５に、絶縁性の第１の樹脂２０を毛細管現象を利用して注入する。この絶縁性の第１の樹脂２０の注入においては、絶縁性の第１の樹脂２０は、その粘度が比較的低い場合には室温で注入し、粘度が比較的高い場合には４０〜７０℃に加熱しながら注入する。
【００４６】
このとき、貫通孔１９は、その両端の開口１９ａ，１９ｂが薄型化部分６より大きくなっているので、絶縁性の第１の樹脂２０は、半導体基板２の薄型化部分６と支持基板１２の貫通孔１９との間に入り込まなくなる。このため、薄型化部分６と貫通孔１９との間には開口部２１が形成され、絶縁性の第１の樹脂２０は、この開口部２１を取り囲むようにして半導体基板２と支持基板１２との空隙３５に充填される。その後、室温、あるいは適当な温度で全体を加熱して、絶縁性の第１の樹脂２０を硬化させて半導体装置１の製造が完了する。
【００４７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、支持基板に貫通孔を形成し、その支持基板と半導体基板との間の空隙に、薄型化部分に接触しないように、且つ、薄型化部分と貫通孔との間に充填されないように、絶縁性の第１の樹脂を充填するようにしたので、半導体装置の使用時において、光検出部に対するフォーカシングを正確に行うことができ、また、光検出部における特性ユニフォミティを向上させることができる。また、半導体装置が冷却される場合においては、光検出部で温度ユニフォミティを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る半導体装置の第１実施形態を示す縦断面端面図である。
【図２】図１の半導体装置を概略的に示す平面図である。
【図３】本発明に係る半導体装置の第２実施形態を示す縦断面端面図である。
【図４】図３の絶縁性樹脂の変形例を示す縦断面端面図である。
【図５】図３の支持基板の変形例を示す縦断面端面図である。
【図６】本発明に係る半導体装置の第３実施形態を示す縦断面端面図である。
【図７】図６の支持基板と冷却装置の別の接合例を示す縦断面端面図である。
【図８】本発明に係る半導体装置の第４実施形態を示す縦断面端面図である。
【図９】本発明に係る半導体装置の第５実施形態を示す縦断面端面図である。
【図１０】本発明に係る半導体装置の第６実施形態を示す縦断面端面図である。
【図１１】第１実施形態の半導体装置の半導体基板の製造工程図である。
【図１２】第１実施形態の半導体装置の支持基板の製造工程図である。
【図１３】第１実施形態の半導体装置と支持基板とを接合するときの製造工程図である。
【符号の説明】
１，３０，４０，５０，６０，７０…半導体装置、２…半導体基板、６…薄型化部分、８…ＣＣＤ（光検出部）、１１…導電性バンプ、１２…支持基板、１９…貫通孔、１９ａ…開口、１９ｂ…開口、２０…絶縁性の第１の樹脂、２３…アキュームレーション層、２７…第２の樹脂、２８…冷却装置、３５…空隙。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a back-illuminated semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
As a conventional semiconductor device, a so-called back-illuminated semiconductor device is known. This type of semiconductor device has a semiconductor substrate, and has a light detection portion on one surface of the semiconductor substrate. The semiconductor substrate has a recess formed by cutting a part of the semiconductor substrate on the side opposite to the light detection portion. For this reason, the semiconductor substrate is provided with a thinned portion having a light detection portion. This thinned portion is provided corresponding to energy rays such as ultraviolet rays, soft X-rays, and electron beams that are absorbed by the thickened semiconductor substrate and cannot be detected with high sensitivity. The light applied to the surface on the concave side of the semiconductor substrate is detected by the light detection unit.
[0003]
In such a back-illuminated semiconductor device, the signal readout electrode that is electrically connected to the photodetecting portion is disposed on the back surface of the semiconductor substrate, so that it is impossible to read out the signal using a normal bonding wire or the like. Therefore, in a semiconductor substrate, a signal readout electrode is electrically connected to an electrode or wiring formed on a support substrate by a conductive bump, and a signal is transmitted by a bonding wire or the like through the electrode or wiring on the support substrate. Read out. The semiconductor substrate in such a semiconductor device has a reduced mechanical strength due to the thinness of the thinned portion, and the overall mechanical strength is reduced. In addition, the connection strength of the conductive bumps that electrically connect the semiconductor substrate and the support substrate is weak. Therefore, in order to ensure the connection strength of the conductive bumps, the insulating resin is filled in the gap formed between the semiconductor substrate and the support substrate by the connection by the conductive bumps, and the insulating resin is bonded to the thinned portion. ing.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional semiconductor device described above, the mechanical strength is secured by the support substrate and the insulating resin for the portion excluding the thinned portion of the semiconductor substrate, while the thinned portion of the semiconductor substrate is Due to its weak mechanical strength, it has the following problems.
[0005]
That is, first, in the conventional semiconductor device, the distance between the semiconductor substrate and the support substrate is held constant by the conductive bumps, and the insulating resin is bonded to the thinned portion. When the material hardens and shrinks, the thinned portion may be pulled and bent as the insulating resin shrinks. In this case, when the semiconductor device is used, focusing on the light detection unit and characteristic uniformity in the light detection unit may be adversely affected.
[0006]
Secondly, there may be bubbles between the semiconductor substrate and the support substrate at the opposing position of the thinned portion. When the bubbles are smaller than the thinned portion, the degree of deflection of the thinned portion due to the shrinkage of the insulating resin. Will vary from place to place, causing the same problem as described above.
[0007]
Thirdly, there is a semiconductor device in which a cooling device such as a Peltier element is bonded to a support substrate to cool the light detection unit, and when the light detection unit is cooled by the cooling device, the thinned portion is Deflection may cause a decrease in temperature uniformity in the light detection unit. In addition, the presence of the bubble may cause the presence or absence of the insulating resin, and the temperature uniformity may be reduced due to a temperature difference.
[0008]
The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device having good characteristics.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention has a photodetection portion on one surface of a semiconductor substrate, and a part of the semiconductor substrate is scraped on the side opposite to the photodetection portion, so that a thinned portion that is made thin is obtained. In a semiconductor device provided on a semiconductor substrate, the semiconductor device is disposed to face one surface of the semiconductor substrate, has a through hole at a position facing the light detection unit, and is electrically connected to the light detection unit through a conductive bump. Insulating property to be filled so that the gap between the support substrate having electrodes and the support substrate and the semiconductor substrate does not contact the thinned portion and between the thinned portion and the through hole. The first resin is provided.
[0010]
According to this semiconductor device, when the semiconductor device is manufactured, the insulating first resin is filled in the gap between the semiconductor substrate and the support substrate, and is filled between the through hole and the thinned portion. There is nothing to do. Therefore, even when the first resin is cured and contracted by heating or the like in a state where the distance between the semiconductor substrate and the support substrate is kept constant by the conductive bumps, the thinned portion is pulled by the first resin. Therefore, the thinned portion is not bent.
[0011]
Moreover, it is preferable that the through hole is formed so that the opening on the side facing the semiconductor substrate is the same size as the thinned portion or larger than the thinned portion. According to this semiconductor device, when the semiconductor device is manufactured, the insulating first resin is injected into the gap between the semiconductor substrate and the support substrate by capillary action, while the thinned portion and the through hole are In the meantime, the capillary phenomenon does not occur and the first resin is not filled.
[0012]
In addition, in the region surrounded by the inner wall of the through hole, the inner peripheral surface of the insulating first resin, and the thinned portion, a second resin having a thermal expansion coefficient equal to or lower than that of the first resin is further provided. It is preferable that it is filled. In this case, even when the insulating first resin is cured and contracts, the second resin is difficult to contract, so that the thinned part is hardly pulled and the thinned part is reinforced by the second resin. . In addition, when the light detection unit is cooled via the second resin, the cooling efficiency is improved as compared with the case where the second resin is not provided.
[0013]
In addition, a cooling device may be attached to the support substrate, and the second resin may be cooled by the cooling device. In this case, when the second resin is cooled by the cooling device, the light detection unit is cooled through the cooled second resin, and noise in the light detection unit is reduced.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, first to fourth embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In all the drawings, the same or equivalent components are denoted by the same reference numerals.
[0015]
FIG. 1 is a longitudinal sectional end view showing a first embodiment of the semiconductor device of the present invention, and FIG. 2 is a plan view showing the semiconductor device of FIG. As shown in FIG. 1, a semiconductor device 1 has a flat semiconductor substrate 2, which is made of, for example, silicon P. ⁺ It is composed of a layer 3 and a P epi layer 4 formed thereon. A CCD 8 serving as a light detection unit is formed on the surface of the P epi layer 4 of the semiconductor substrate 2, and in a portion corresponding to the CCD 8 on the opposite side to the P epi layer 4, P ⁺ By removing a part of the layer 3, the P epi layer 4 is exposed to form a light guide recess 5, and an accumulation layer 23 is formed. For this reason, the semiconductor substrate 2 is provided with a thinned portion 6 including the CCD 8. P ⁺ The semiconductor substrate 2 composed of the layer 3 and the P epi layer 4 has a thickness of about 300 to 600 μm, for example, and the thinned portion 6 has a thickness of about 15 to 40 μm.
[0016]
The thinned portion 6 is a flat light irradiated surface 7 whose surface on the light guide recess 5 side is a rectangular shape (see FIG. 2), and the light irradiated surface 7 is approximately the same size as the CCD 8. Is formed. The thinned portion 6 is for detecting light irradiated on the light irradiated surface 7 through the light guide concave portion 5 by the CCD 8. The semiconductor substrate 2 has an electrode pad 10 made of Al or the like electrically connected to the CCD 8 via a wiring (not shown) in the peripheral area of the CCD 8. Bumps 11 (for example, gold ball bumps) are attached. At this time, a plurality of conductive bumps 11 may be attached to increase the connection strength of the conductive bumps 11. The CCD 8, the electrode pad 10, and the conductive bump 11 are electrically connected to each other.
[0017]
In addition, the semiconductor device 1 has a support substrate 12 disposed on the CCD 8 side of the semiconductor substrate 2 so as to face each other with conductive bumps 11 interposed therebetween. The support substrate 12 includes, for example, a silicon substrate 13 which is a base substrate. Between the silicon substrate 13 and the conductive bumps 11 of the semiconductor substrate 2, a silicon oxide film 14, which is sequentially stacked from the silicon substrate 13 side, It consists of an electrode pad 15 and a contact pad 16. The silicon oxide film 14 and the electrode pad 15 are covered with a silicon nitride film 17a, and a bonding wire (not shown) passes through the wire bonding opening 18 formed on the electrode pad 15 in the silicon nitride film 17a. Is connected to the electrode pad 15. A contact pad 16 formed on the electrode pad 15 is connected to the conductive bump 11. For this reason, the signal charge obtained by the CCD 8 is extracted to the outside through the electrode pad 10, the conductive bump 11, the contact pad 16, the electrode pad 15 and the bonding wire of the semiconductor substrate 2.
[0018]
Although the silicon substrate 13 is used as the base substrate of the support substrate 12, any base substrate may be used as long as it is relatively hard. For example, ceramics, glass or plastics may be used. In this case, the electrode pad 15 is formed by vapor deposition or screen printing of a conductive resin (see FIG. 5). Further, the contact pad 16 is configured in the order of Au / Pt / Ti from the conductive bump 11 side from the viewpoint of improving the electrical contact with the conductive bump 11. Further, a silicon nitride film 17b for a mask for providing an opening in the silicon substrate 13 is formed on the surface of the silicon substrate 13 opposite to the semiconductor substrate 2 by wet etching.
[0019]
Further, a through hole 19 is formed in the support substrate 12 at a position facing the thinned portion 6 of the semiconductor substrate 2, and a void 35 formed between the surface of the silicon nitride film 17a and the semiconductor substrate 2 (FIG. 13A). )) Is filled with an insulating first resin 20, and the first resin 20 forms an insulating layer. The first resin 20 is made of, for example, an epoxy resin, a urethane resin, a silicone resin, an acrylic resin, or an adhesive resin including a composite of these.
[0020]
Here, the through hole 19 has an opening 19 a on the CCD 8 side at one end and an opening 19 b at the other end of the same size as the light irradiated surface 7 of the thinned portion 6, or the light irradiated surface of the thinned portion 6. It is preferably larger than 7. This is because when the insulating first resin 20 is filled between the semiconductor substrate 2 and the support substrate 12 by capillary action, the insulating first resin 20 is reduced in thickness. This is so as not to touch the surface. An example of such a through hole 19 is shown in FIG. In FIG. 2, the opening 19a at one end of the through hole 19 is larger than the light irradiated surface 7 of the thinned portion 6, and the opening 19b at the other end of the through hole 19 is larger than the opening 19a. It is shown. 2 shows an example in which the opening 19a on the CCD 8 side of the through hole 19 is larger than the light irradiated surface 7 of the thinned portion 6, the opening 19a is the same size as the light irradiated surface 7. It may be formed. Moreover, the opening 19a and the opening 19b may be the same size.
[0021]
In addition, since the insulating first resin 20 is not filled between the through hole 19 and the thinned portion 6 by such a through hole 19, the insulating layer is opened at a position facing the thinned portion 6. A portion 21 is formed. The opening 21 has a larger opening on the CCD 8 side than the light irradiated surface 7 of the thinned portion 6. That is, the insulating first resin 20 is not bonded to the thinned portion 6.
According to the semiconductor device 1 having such a configuration, when the semiconductor device 1 is manufactured, the opening 21 is formed at the position facing the thinned portion 6, and the insulating first resin 20 is formed in the thinned portion 6. Even if the insulating first resin 20 is cured by heating or the like and contracts in a state where the distance between the semiconductor substrate 2 and the support substrate 12 is kept constant by the conductive bumps 11 because the conductive bumps 11 are not adhered, the thickness is reduced. The portion 6 is hardly pulled by the first resin fat 20, and therefore the thinned portion 6 is hardly bent. As a result, when the semiconductor device 1 is used, focusing on the CCD 8 is performed accurately, and the characteristic uniformity in the CCD 8 is improved.
[0022]
Next, a second embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described. Note that description of the same or similar components as those in the first embodiment is omitted.
[0023]
FIG. 3 is a longitudinal sectional end view showing a semiconductor device according to the second embodiment. As shown in FIG. 3, the semiconductor device 30 includes a second resin 27 between the inner wall of the through hole of the support substrate 13, the inner peripheral surface 20 a of the insulating first resin 20, and the thinned portion 6. The semiconductor device 1 is different from the semiconductor device 1 according to the first embodiment in that the region is further filled. That is, the semiconductor device 30 is different from the semiconductor device 1 in that the second resin 27 is filled in the opening 21 formed in the insulating layer and in the through hole 19.
[0024]
Here, as the second resin 27, a resin having a thermal expansion coefficient smaller than the thermal expansion coefficient of the insulating first resin 20 is used. Resins with a close thermal expansion coefficient are preferred. For example, when the semiconductor substrate 2 is made of silicon, a silicone resin is used. The second resin 27 may include a room temperature curable resin. The second resin 27 is filled into the through hole 19 and the opening 21 by pouring through the through hole 19.
[0025]
According to the semiconductor device 30 having such a configuration, even when the insulating first resin 20 is cured by heating or the like and contracts, the second resin 27 is more than the insulating first resin 20. Since the contraction is difficult, the thinned portion 6 is difficult to bend, and the thinned portion 6 is reinforced by curing the second resin 27. Further, when it is necessary to cool the CCD 8 of the thinned portion 6, the CCD 8 is cooled through the second resin 27, so that the cooling efficiency is improved as compared with the case where the second resin 27 is not provided. It becomes. Furthermore, when filling the second resin 27, the capillarity is not utilized and the gas is not poured into the through hole 19 and the opening 21, so that no bubbles are generated at the position facing the thinned portion 6.
[0026]
In FIG. 3, the second resin 27 and the insulating first resin 20 are made of different resins, but as shown in FIG. 4, the insulating first resin 20 is The second resin 27 may be made of the same resin. Further, although the silicon substrate 13 is used as the base substrate of the support substrate 12, any base substrate may be used as long as it is relatively hard. For example, as shown in FIG. 5, ceramics, glass, plastics, or the like may be used. In this case, the electrode pad 15 is formed by vapor deposition or screen printing of a conductive resin.
[0027]
Next, a third embodiment according to the semiconductor device of the present invention will be described. Note that description of the same or similar components as those in the first embodiment is omitted.
[0028]
FIG. 6 is a longitudinal sectional end view of the semiconductor device according to the third embodiment. As shown in FIG. 6, the semiconductor device 40 is different from the semiconductor device 30 of the second embodiment in that a cooling device 28 is attached to the support substrate 12. The cooling device 28 is bonded to the silicon nitride film 17 b of the support substrate 12 through, for example, an appropriate adhesive resin 31, and a gap 29 is formed between the second resin 27 and the cooling device 28. For example, a Peltier element is used as the cooling device 28.
[0029]
According to the semiconductor device 40 having such a configuration, when the second resin 27 is cooled by the cooling device 28 via the support substrate 12 and the gap 29 via the adhesive resin 31, the cooled second resin The CCD 8 is cooled via 27, and noise in the CCD 8 is reduced.
[0030]
In FIG. 6, a gap 29 is formed between the second resin 27 and the cooling device 28. However, as shown in FIG. 7, the cooling device 28, the silicon nitride film 17b, and the second resin are formed. It is preferable that the gap 29 is eliminated between the gap 27 and the gap 29 is completely filled with the adhesive resin 31. By doing in this way, the cooling efficiency by the cooling device 28 will further improve. In this case, it is preferable to use a resin having high thermal conductivity as the adhesive resin 31. The adhesive resin 31 may be an insulating resin or a conductive resin, but is preferably, for example, the same silicone resin as the second resin 27. This is because the silicone resin has a relatively high thermal conductivity and a relatively low coefficient of thermal expansion.
[0031]
Next, a fourth embodiment of a semiconductor device according to the present invention will be described. Note that description of the same or similar components as those in the first embodiment is omitted.
[0032]
FIG. 8 is a longitudinal sectional end view showing a semiconductor device according to the fourth embodiment. This semiconductor device 50 is different from the semiconductor device 1 of the first embodiment in that an opening 19b opposite to the opening 19a of the through hole 19 is smaller than the light irradiated surface 7 of the thinned portion 6. In this way, for example, when a die pad (not shown) or the like is bonded to the silicon nitride film 17b including the opening 19b of the through hole 19, die bonding is facilitated.
[0033]
Note that the present invention is not limited to the first to fourth embodiments described above. For example, another example of the semiconductor device is shown in FIGS. A semiconductor device 60 shown in FIG. 9 uses silicon, ceramics, glass, or plastics as a base substrate of the support substrate 12, and the support substrate 12 has a through hole 19 that is convex toward the opposite side of the CCD 8. The opening 19 b of the through hole 19 is smaller than the light irradiated surface 7 of the thinned portion 6. According to the semiconductor device 60, as in the semiconductor device 50 of the fourth embodiment, die bonding is facilitated when a die pad (not shown) or the like is bonded to the surface including the opening 19b.
[0034]
Further, the semiconductor device 70 shown in FIG. 10 is different from the semiconductor device 60 shown in FIG. 9 in that the surface of the CCD 8 of the thinned portion 6 of the semiconductor substrate 2 is subjected to water repellent treatment. The reason why the thinned portion 6 is subjected to the water repellent treatment is to prevent the insulating first resin 20 from adhering to the thinned portion 6 during the manufacture of the semiconductor device 70. It is. Here, the water repellent treatment is performed, for example, by coating the surface of the CCD 8 with a coating material 33 having poor wettability with respect to the insulating first resin 20. Therefore, unlike the semiconductor device 1 according to the first embodiment, the semiconductor device 70 does not require the openings at both ends of the through hole 19 to be larger than 19a and 19b, and as shown in FIG. The openings 19 a and 19 b at both ends of the through hole 19 can be made smaller than the light irradiated surface 7 of the thinned portion 6. For this reason, when the support substrate 12 is bonded to a die pad or the like, the bonding surface of the support substrate 12 can be widened, and die bonding can be facilitated.
[0035]
Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device 1 according to the first embodiment described above will be described.
[0036]
In manufacturing the semiconductor substrate 2, first, as shown in FIG. 11 (a), both sides of a disk-shaped (100) silicon wafer having a thickness of 300 to 600 μm and a diameter of 4 inches are mirror-finished. Prepare. Here, the silicon wafer is P ⁺ It is composed of a layer 3 and a P epi layer 4 thereon. Next, as shown in FIG. 11B, a CCD 8 as a light detecting portion is formed on the surface of the silicon wafer on the P epi layer 4 side, and P on the opposite side of the CCD 8 is formed. ⁺ After depositing a mask silicon nitride film 22 having a thickness of 0.8 to 1.2 μm on the surface on the layer 3 side, the region to be etched of this silicon nitride film 22 is removed by dry etching, and P ⁺ Layer 3 is left exposed.
[0037]
Then, as shown in FIGS. 11C and 11D, a quartz plate 24 having a diameter of 12 cm is attached to the surface of the silicon wafer on the CCD 8 side with wax or the like, and the exposed P with the quartz plate 24 held. ⁺ Layer 3 is immersed in a potassium hydroxide solution of 6 to 8 N, 50 to 80 ° C., P ⁺ An anisotropic etching of layer 3 is performed. This anisotropic etching is performed from the P epi layer 4 to 5 to 15 μm. Subsequently, until a P epi layer 4 is reached by a solution in which hydrofluoric acid, nitric acid and acetic acid are mixed in a ratio of 1: 1 to 8, respectively, that is, P ⁺ Etching is performed up to the boundary between the layer 3 and the P epi layer 4. At this time, the etching stops spontaneously when it reaches the P epi layer 4.
[0038]
In this way, the light guide recess 5 is formed, and at the same time, the thinned portion 6 having a thickness of 15 to 40 μm is obtained. Subsequently, the quartz plate 24 is removed from the silicon wafer, the surface on which the CCD 8 is formed is washed with an organic solvent, and then the back surface is subjected to an accumulation process.
[0039]
As the backside accumulation treatment, an oxide film of 500 to 1000 mm is grown by heat treatment, boron is ion-implanted on the backside, and annealing is performed at 800 to 1000 ° C. Here, since the oxide film also grows on the surface, the oxide film on the surface is removed by dry etching. In this way, the accumulation layer 23 is formed.
[0040]
Then, Al having a thickness of about 1 μm is deposited on the surface of the silicon wafer on the CCD 8 side, and an Al pad 10 having a thickness of about 1 μm is formed by dry etching. Thereafter, a disk-shaped silicon wafer is diced into chips, and a plurality of conductive bumps (gold ball bumps) 11 are formed on the electrode pad 10 using an ultrasonic ball bonder. In this way, the manufacture of the semiconductor substrate 2 is completed (see FIG. 11E).
[0041]
On the other hand, when the support substrate 12 is manufactured, first, as shown in FIG. 12A, a 4-inch diameter silicon wafer 13 having a thickness of 300 to 600 μm is prepared, and a thickness of 2 to 3 μm is formed on one surface of the silicon wafer 13. A silicon oxide film 14 is deposited. Then, as shown in FIG. 12B, an electrode pad 15 having a thickness of about 1 μm is formed on the silicon oxide film 14. Subsequently, a thickness of about 0.8 to 1.2 μm is formed on both surfaces of the silicon wafer 13. The mask silicon nitride films 17a and 17b are deposited by plasma CVD, and as shown in FIG. 12C, contact pads 16 that are in contact with the conductive bumps 11 are formed on the silicon nitride film 17a by the lift-off method. Then, the wire bonding opening 18 is formed by dry etching to expose the electrode pad 15. Here, the contact pad 16 is made of Au / Pt / Ni, is formed so that Ni contacts the electrode pad 15, and Au is exposed in the same plane as the silicon nitride film 17a. Also, the silicon nitride film 17b on the opposite side has the silicon wafer 13 exposed by removing the portion where the through hole 19 is to be formed by etching.
[0042]
Then, a quartz plate (not shown) having a diameter of 12 cm is attached to the surface of the silicon wafer 13 on the electrode pad 15 side with wax or the like, and with the quartz plate held, the exposed silicon wafer 13 is defined as 6 to 8 regulations. The silicon wafer 13 is anisotropically etched by dipping in a 50 to 80 ° C. potassium hydroxide solution. This anisotropic etching is continued until the silicon oxide film 14 is reached. At this time, the silicon oxide film 14 and the silicon nitride film 17a are not penetrated.
[0043]
Then, the quartz plate is removed from the silicon wafer 13 and the silicon wafer 13 is washed with an organic solvent. Thereafter, the silicon wafer 13 having a diameter of 4 inches is formed into a chip shape by dicing. At the time of this dicing, as shown in FIG. 12D, the aforementioned non-penetrated silicon oxide film 14 and silicon nitride film 17a are removed by water pressure and penetrated. In this way, the manufacture of the support substrate 12 having the through holes 19 is completed. Note that when the silicon oxide film 14 and the silicon nitride film 17a cannot be completely removed by water pressure, they can be easily removed by tweezers or the like.
[0044]
When the support substrate 12 is bonded to the semiconductor substrate 2, the conductive bumps 11 of the semiconductor substrate 2 are first brought into contact with the contact pads 16 of the support substrate 12 as shown in FIG. And face bonding is performed by heat and pressure. The heating and pressurizing conditions vary depending on the material of the conductive bump 11, but in the case of a gold ball bump, heating is performed at a temperature of 270 to 400 ° C. and pressurization is performed at a pressure of 20 to 40 g / bump.
[0045]
Then, as shown in FIG. 13B, the insulating first resin 20 is injected into the gap 35 between the face-bonded semiconductor substrate 2 and the support substrate 12 using a capillary phenomenon. In the injection of the insulating first resin 20, the insulating first resin 20 is injected at room temperature when the viscosity is relatively low, and 40 to 70 ° C. when the viscosity is relatively high. Inject while heating.
[0046]
At this time, since the through holes 19 have openings 19 a and 19 b at both ends larger than the thinned portion 6, the insulating first resin 20 is formed between the thinned portion 6 of the semiconductor substrate 2 and the support substrate 12. It does not enter between the through holes 19. For this reason, an opening 21 is formed between the thinned portion 6 and the through-hole 19, and the insulating first resin 20 surrounds the opening 21 and the semiconductor substrate 2 and the support substrate 12. The gap 35 is filled. Thereafter, the whole is heated at room temperature or an appropriate temperature to cure the insulating first resin 20 and the manufacture of the semiconductor device 1 is completed.
[0047]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a through hole is formed in the support substrate, and the space between the support substrate and the semiconductor substrate is not in contact with the thinned portion, and the thinned portion and the through hole are formed. Since the insulating first resin is filled so as not to be filled between the holes, the light detection unit can be accurately focused when the semiconductor device is used, and the light detection unit The characteristic uniformity in can be improved. Further, when the semiconductor device is cooled, the temperature uniformity can be improved by the light detection unit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional end view showing a first embodiment of a semiconductor device according to the invention.
2 is a plan view schematically showing the semiconductor device of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a longitudinal sectional end view showing a second embodiment of a semiconductor device according to the invention.
4 is a longitudinal sectional end view showing a modified example of the insulating resin in FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a longitudinal sectional end view showing a modification of the support substrate of FIG. 3;
FIG. 6 is a longitudinal sectional end view showing a third embodiment of a semiconductor device according to the invention.
7 is a longitudinal sectional end view showing another example of joining of the support substrate and the cooling device of FIG. 6;
FIG. 8 is a longitudinal sectional end view showing a fourth embodiment of a semiconductor device according to the invention.
FIG. 9 is a longitudinal sectional end view showing a semiconductor device according to a fifth embodiment of the invention.
FIG. 10 is a longitudinal sectional end view showing a sixth embodiment of a semiconductor device according to the invention.
FIG. 11 is a manufacturing process diagram of the semiconductor substrate of the semiconductor device of the first embodiment;
FIG. 12 is a manufacturing process diagram for the support substrate of the semiconductor device of the first embodiment;
FIG. 13 is a manufacturing process diagram when the semiconductor device of the first embodiment and the support substrate are bonded together;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,30,40,50,60,70 ... Semiconductor device, 2 ... Semiconductor substrate, 6 ... Thin part, 8 ... CCD (light detection part), 11 ... Conductive bump, 12 ... Support substrate, 19 ... Through-hole , 19a ... opening, 19b ... opening, 20 ... insulating first resin, 23 ... accumulation layer, 27 ... second resin, 28 ... cooling device, 35 ... air gap.

Claims

In a semiconductor device in which a light detection portion is provided on one surface of a semiconductor substrate, and a part of the semiconductor substrate is cut away on the side opposite to the light detection portion, whereby a thinned portion is provided on the semiconductor substrate. ,
A support substrate disposed opposite to the one surface side of the semiconductor substrate, having a through hole at a position facing the light detection portion, and having an electrode electrically connected to the light detection portion via a conductive bump; ,
Insulating first filling is performed so that the gap between the support substrate and the semiconductor substrate does not contact the thinned portion and does not fill between the thinned portion and the through hole. 1 resin,
A semiconductor device comprising:

The semiconductor device according to claim 1, wherein the through hole has an opening on a side facing the semiconductor substrate having the same size as the thinned portion or larger than the thinned portion.

In a region surrounded by the inner wall of the through hole, the inner peripheral surface of the insulating first resin, and the thinned portion, a first coefficient of thermal expansion that is equal to or lower than the coefficient of thermal expansion of the insulating first resin. 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second resin is further filled.

4. The semiconductor device according to claim 3, wherein a cooling device is attached to the support substrate, and the second resin is cooled by the cooling device.