專利名稱：半導體器件、光學器件模塊以及半導體器件的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到半導體器件，此半導體器件包含其中形成有半導體元件和穿通電極的半導體襯底以及固定到半導體襯底的蓋子部件，本發(fā)明還涉及到光學器件模塊以及半導體器件的制造方法。
背景技術：
通常，CCD圖象傳感器、CMOS圖象傳感器等的封裝件被用作半導體器件，且諸如CCD圖象傳感器、CMOS圖象傳感器之類的傳感器模塊被用作光學器件模塊。
圖1是剖面圖，示出了常規(guī)半導體器件的結構。光接收元件113被形成在半導體器件的半導體襯底111的一個表面(正面)中，而微透鏡部分114被形成在光接收元件113上。
半導體襯底111的另一表面(背面)被粘合劑117(管芯接合樹脂)接合(管芯接合)到由陶瓷或合成樹脂制作的箱形容器115的內部底表面。借助于用粘合劑119固定玻璃蓋子112，箱形容器115的窗口被密封，箱形容器115中的光接收元件113和微透鏡部分114從而被保護免受外部環(huán)境的影響。而且，安裝在半導體襯底111正面上的電極焊點109(接合焊點)以及從箱形容器115內部引出的電極引線116，被接合線118電連接。
圖2是剖面圖，示出了常規(guī)光學器件模塊。圖2所示的光學器件模塊包含透鏡123、夾持透鏡123的柱形光路確定裝置122、以及布線板120。而且，此光學器件模塊包含半導體襯底111，此半導體襯底111具有光接收元件113、微透鏡部分114、以及電極焊點109。半導體襯底111的背面被粘合劑117管芯接合到布線板120上，且電極焊點109通過接合線118被電連接到提供在布線板120上的導體布線121。
光路確定裝置122的一個窗口被面對透鏡123定位的玻璃蓋子112和粘合劑119密封，而另一窗口被布線板120和粘合劑(未示出)密封，光接收元件113和微透鏡部分114從而被保護免受外部環(huán)境的影響。在密封光路確定裝置122之前，必須用其它方法保護光接收元件113和微透鏡部分114。
上述半導體器件和光學器件模塊需要一定的空間，以便用接合線118將電極焊點109連接到電極引線116或導體布線121。而且，此接合線118和電極焊點109等不能被安置在光接收元件113或微透鏡部分114上，因為光接收元件113會被遮擋于光。結果就難以減小半導體器件和光學器件模塊的尺寸。
因此，近年來提出了一些方案，借助于形成從正面穿過半導體襯底到背面的穿通電極以及形成布線線條并將端子安裝在半導體襯底背面上，來減小半導體器件或光學器件模塊的尺寸(見日本專利申請公開NO.2001-351997和2002-94082)。
圖3A和3B是剖面圖，示出了另一種常規(guī)半導體器件的結構。圖3A所示的半導體器件包含其中形成有光接收元件113和微透鏡部分114的半導體襯底111。但形成了從半導體襯底111的正面延伸到背面的穿通電極124，并在半導體襯底111背面上形成了背面布線125和是為安裝端子的焊料球126。穿通電極124和焊料球126被背面布線125電連接。
而且，玻璃蓋子112被固定到半導體襯底111，使半導體襯底111和玻璃蓋子112基本上彼此平行，其間有適當?shù)木嚯x。在此情況下，例如由粘合膠組成的粘合劑部分127被印刷在半導體襯底111的正面上，玻璃蓋子112被置于印刷的粘合劑部分127上，然后用熱處理方法使粘合劑部分127硬化。硬化了的粘合劑部分127將玻璃蓋子112緊固到半導體襯底111并對其進行支持。
借助于避開光接收元件113和微透鏡部分114，這一粘合劑部分被提供在半導體襯底111正面的外圍部分上。但若用具有透光性質的粘合劑(例如透明樹脂或低熔點玻璃)來形成粘合劑部分127，則粘合劑部分127可以被形成在半導體襯底111的正面上，包括光接收元件113和微透鏡部分114上的表面上。半導體襯底111與玻璃蓋子112之間的空間被粘合劑部分127密封，光接收元件113和微透鏡部分114從而被保護免受外部環(huán)境的影響。
但常規(guī)半導體器件的粘合劑部分127在硬化之前具有低的硬度，因此，如圖3B所示，玻璃蓋子112有時下陷到粘合劑部分127中，減小了玻璃蓋子112與半導體襯底111之間的距離，并與微透鏡部分114和光接收元件113等形成接觸。在此情況下，就存在著微透鏡部分114或光接收元件113被損傷的問題。
而且，玻璃蓋子112有時由于其下陷到粘合劑部分127中而傾斜。在此情況下，存在著通過玻璃蓋子112入射的光無法被光接收元件113準確地接收的問題。
對于上述各個問題，考慮過用硬度高的粘合劑來預先形成粘合劑部分127，以便防止玻璃蓋子112下陷到粘合劑部分127中。在此情況下，即使當玻璃蓋子112被安裝在粘合劑部分127上時，也有可能防止玻璃蓋子112下陷到粘合劑部分127中。但與用硬度低的粘合劑形成粘合劑部分127相比，為了借助于牢固地接合粘合劑部分127和玻璃蓋子112以及半導體襯底111而密封玻璃蓋子112與半導體襯底111之間的空間，必須對玻璃蓋子112和半導體襯底111施加更大的壓力，因此，存在著半導體襯底111在施加壓力時被損傷的可能性。

發(fā)明內容
為了解決上述各個問題而已經(jīng)提出了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種半導體器件，此半導體器件能夠防止蓋子部件的傾斜，能夠防止蓋子部件造成的對半導體襯底或形成在半導體襯底上的零件的損傷，并能夠借助于在半導體襯底與蓋子部件之間插入一個形成在半導體襯底上的突出部分而防止施加壓力所造成的對半導體襯底的損傷，此外，本發(fā)明的目的是提供一種包含此半導體襯底的光學器件模塊以及該半導體器件的制造方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種半導體器件，借助于形成厚度大于微透鏡厚度的突出部分，此半導體器件能夠防止蓋子部件造成的對微透鏡的損傷，此外，本發(fā)明提供了該半導體器件的制造方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種半導體器件，借助于整體地形成突出部分和穿通電極，或利用與形成穿通電極的材料/方法相同的材料/方法來形成突出部分，此半導體器件能夠容易地以低成本形成突出部分，此外，本發(fā)明提供了該半導體器件的制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件是這樣一種半導體器件，它包含其一個表面中形成有半導體元件的半導體襯底、形成在半導體襯底中的穿通電極、以及固定到半導體襯底以覆蓋半導體元件的蓋子部件，其特征在于，從該一個表面向蓋子部件突出的突出部分被形成在半導體襯底上。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件，其特征在于，微透鏡被安裝在該一個表面上，且突出部分的厚度大于微透鏡的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件，其特征在于，突出部分與穿通電極被整體形成。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件，其特征在于，突出部分被形成在該一個表面上。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件，其特征在于，穿通電極與突出部分用相同的導電材料形成。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件，其特征在于，突出部分由金屬組成。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件，其特征在于，蓋子部件具有透光性質，且半導體元件是光接收元件或圖象拾取元件。
根據(jù)本發(fā)明的光學器件模塊，其特征在于包含本發(fā)明的半導體器件；用來確定到半導體器件的光路的光路確定裝置。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法是這樣一種方法，此方法借助于在半導體襯底的一個表面中形成半導體元件、在半導體襯底中形成穿通電極、以及將蓋子部件固定到半導體襯底以覆蓋半導體元件，來制造半導體器件，且其特征是，在固定蓋子部件之前，在半導體襯底上形成從該一個表面突出的突出部分，并將蓋子部件固定到半導體襯底，已形成的突出部分位于該一個表面與蓋子部件之間。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法，其特征是將微透鏡安裝在該一個表面上，其中，當形成突出部分時，該突出部分被形成為厚度大于微透鏡的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件的制造方法，其特征在于，在形成穿通電極之后，或在形成穿通電極的過程中，突出部分與穿通電極被整體形成。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件制造方法，其特征在于，借助于對半導體襯底進行鍍敷而形成突出部分。
根據(jù)本發(fā)明的半導體器件制造方法，其特征在于，借助于將金屬膏印刷在半導體襯底上并對印刷的金屬膏進行硬化而形成突出部分。
根據(jù)本發(fā)明，提供了穿過半導體襯底的一個表面和另一表面的穿通電極。在穿通電極被形成在半導體襯底中的情況下，通常試圖借助于將用來覆蓋半導體元件的蓋子部件固定到半導體襯底而減小半導體器件的尺寸。由于突出部分被形成在半導體襯底上以便從其中形成半導體元件的半導體襯底的一個表面向蓋子部件突出并插入在半導體襯底一個表面與蓋子部件之間，故突出部分用作襯墊來防止蓋子部件與半導體襯底以及安裝在半導體襯底該一個表面上的半導體元件或各個零件(例如安裝在半導體元件表面上的微透鏡)形成接觸。
根據(jù)本發(fā)明，微透鏡被安裝在半導體襯底的一個表面上。在此情況下，為了防止蓋子部件與微透鏡形成接觸，突出部分的厚度(從半導體襯底該一個表面到突出部分頂部的長度)被形成為大于微透鏡的厚度(從半導體襯底該一個表面到微透鏡頂部的長度)。
而且，根據(jù)本發(fā)明，例如突出部分與穿通電極的末端被整體形成在半導體襯底的該一個表面?zhèn)壬稀?br> 而且，根據(jù)本發(fā)明，突出部分被形成在半導體元件的表面上和/或除了半導體元件表面之外的半導體襯底表面上。
根據(jù)本發(fā)明，在突出部分與穿通電極整體形成或突出部分被形成為分離部件的任何一種情況下，都利用與穿通電極相同的導電材料來形成突出部分。
而且，根據(jù)本發(fā)明，突出部分由金屬組成，因此，例如利用鍍敷或印刷且硬化金屬膏，來形成突出部分。
而且，根據(jù)本發(fā)明的半導體器件具有透光性質的蓋子部件以及作為半導體元件的光接收元件或圖象拾取元件。這種半導體器件例如是一種CCD圖象傳感器或CMOS圖象傳感器的封裝件。
根據(jù)本發(fā)明的光學器件模塊包含本發(fā)明的半導體器件和光路確定裝置。這種光學器件模塊例如是一種待要安裝在諸如照相機之類的光學裝置中的CCD圖象傳感器模塊或CMOS圖象傳感器模塊。
根據(jù)本發(fā)明，由于形成在半導體襯底上的突出部分用作半導體襯底與蓋子部件之間的襯墊，故有可能防止由于與蓋子部件接觸而造成的對半導體襯底或安置在半導體襯底上的各個零件(半導體元件、微透鏡等)的損傷。
而且，在蓋子部件被粘合劑固定到半導體襯底的情況下，作為襯墊的突出部分能夠防止蓋子部件下陷到粘合劑中，從而不必使用硬度更高的粘合劑來防止蓋子部件的下陷，或不必在接合過程中對蓋子部件和半導體襯底施加過量的壓力。結果就有可能防止半導體器件由于接合過程中過量壓力的施加而被損傷。
而且，在半導體器件包含多個突出部分且各個突出部分具有基本上相同的厚度的情況下，或在半導體器件包含單個突出部分且突出部分的厚度基本上均勻的情況下，突出部分能夠將蓋子部件支持成平行于半導體襯底。因此，若蓋子部件具有透光性質且半導體元件是光接收元件或圖象拾取元件，則半導體元件能夠準確地接收入射光。這種半導體器件和光學器件模塊在光學上是有優(yōu)點的。
此外，在多個突出部分被形成為適當?shù)膱D形的情況下，或在單個突出部分被形成為適當?shù)男螤畹那闆r下，突出部分能夠防止蓋子部件下陷，并能夠穩(wěn)定地支持蓋子部件。
例如，在使用片狀蓋子部件且蓋子部件一個表面的外圍部分被接合到半導體襯底一個表面的外圍部分的情況下，例如，有可能利用蓋子部件而避免半導體元件與外部物體接觸。在此情況下，由于半導體元件不被用來將蓋子部件接合到半導體襯底的粘合劑覆蓋，故若蓋子部件具有透光性質且半導體元件是光接收元件或圖象拾取元件，則有可能防止粘合劑造成的對于半導體元件的入射光損失。而且，若蓋子部件被接合到半導體襯底該一個表面的整個外圍部分，則半導體襯底與蓋子部件之間的空間被密封，因而也有可能肯定地保護半導體元件免受潮氣之類的外部環(huán)境的影響。
而且也有可能將蓋子部件接合到半導體襯底的整個一個表面。在此情況下，由于半導體元件被用來將蓋子部件接合到半導體襯底的粘合劑覆蓋，故有可能防止蓋子部件脫落。此外，有可能進一步用蓋子部件和粘合劑來保護半導體元件。
根據(jù)本發(fā)明，在半導體元件是光接收元件或圖象拾取元件之類的情況下，微透鏡被安裝在半導體元件上。因而有可能改善光聚集到半導體元件上的效率。而且，由于突出部分的厚度大于微透鏡的厚度，故有可能防止蓋子部件與微透鏡發(fā)生接觸。
而且，根據(jù)本發(fā)明，由于突出部分和穿通電極是單個的部件，故有可能與穿通電極形成步驟同時形成突出部分，或在穿通電極形成步驟之后形成突出部分。結果就無須提供額外的步驟來形成突出部分，從而防止了由于形成突出部分而增加工藝步驟的數(shù)目。通常，由于沒有什么東西被安裝在一個表面?zhèn)壬系拇┩姌O上，故有可能在該處形成突出部分，且無須在其它部分為突出部分提供空間。而且，有可能防止突出部分造成的半導體器件尺寸的增大。
而且，根據(jù)本發(fā)明，由于突出部分被形成在半導體元件的表面上和/或除了半導體元件表面之外的一個表面上，故有可能防止突出部分造成的半導體器件尺寸的增大。
此外，根據(jù)本發(fā)明，由于突出部分是用與穿通電極相同的導電材料形成的，故無須準備其它的材料來形成突出部分。結果，有可能降低形成突出部分所造成的材料成本的增加。而且，還有可能與穿通電極形成步驟同時形成突出部分，或在穿通電極形成步驟之后形成突出部分。因此就無須提供額外的步驟來形成突出部分，從而防止了由于形成突出部分而增加工藝步驟的數(shù)目。
而且，根據(jù)本發(fā)明，突出部分由金屬組成，因而能夠用鍍敷或印刷且硬化金屬膏的方法來形成。由于穿通電極也能夠用鍍敷或印刷和硬化金屬膏的方法來形成，故有可能將用來形成穿通電極的設備用作形成突出部分的設備。此外，有可能與穿通電極形成步驟同時形成突出部分，或在穿通電極形成步驟之后形成突出部分。結果就無須額外提供步驟或設備來形成突出部分，從而防止了由于形成突出部分而增加步驟的數(shù)目和設備成本。
而且，根據(jù)本發(fā)明，由于半導體器件具有透光性質的蓋子部件以及作為半導體元件的光接收元件或圖象拾取元件，故有可能構成光學器件模塊，作為CCD圖象傳感器、CMOS圖象傳感器等的封裝件被組合到諸如數(shù)碼相機或具有相機功能的移動電話之類的光學裝置中。
而且，由于本發(fā)明的模塊包含本發(fā)明的半導體器件和光路確定裝置，故能夠作為CCD圖象傳感器模塊或CMOS圖象傳感器模塊被組合到諸如數(shù)碼相機或具有相機功能的移動電話之類的光學裝置中。
此外，由于本發(fā)明的半導體器件小于沒有穿通電極的常規(guī)半導體器件，故本發(fā)明具有各種有利的效果，例如能夠減小光學器件模塊的尺寸，包含小尺寸的半導體器件。
參照附圖，從下列詳細描述中，本發(fā)明的上述和進一步目的以及特點將更為明顯。


圖1是剖面圖，示出了常規(guī)半導體器件的結構；
圖2是剖面圖，示出了常規(guī)光學器件模塊的結構；圖3A和3B是剖面圖，示出了另一常規(guī)半導體器件的結構；圖4是平面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案1的半導體器件的結構；圖5是剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案1的半導體器件的結構；圖6是放大的剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案1的半導體器件的穿通電極和突出部分的結構；圖7A-7C是根據(jù)本發(fā)明實施方案1的半導體器件的制造方法的解釋圖；圖8A-8C是根據(jù)本發(fā)明實施方案1的半導體器件的制造方法的解釋圖；圖9A和9B是根據(jù)本發(fā)明實施方案1的半導體器件的制造方法的解釋圖；圖10是剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案1的光學器件模塊的結構；而圖11是剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案2的半導體器件的結構。
具體實施例方式
下面根據(jù)其一些實施方案的附圖來詳細地描述本發(fā)明。本實施方案一個例子所述的半導體器件是一種CCD圖象傳感器的CSP(芯片尺寸封裝)，它包含其中形成有作為半導體元件的圖象拾取元件的半導體襯底。但本發(fā)明不局限于此，例如，還可以是包含其中形成有光接收元件和光發(fā)射元件等的半導體襯底的半導體器件。
實施方案1圖4是平面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案1的半導體器件14的結構。圖5是剖面圖，示出了半導體器件14的結構以及沿圖4中II-II線的剖面。而且，圖6是放大的剖面圖，示出了半導體器件14的穿通電極3和突出部分3a的結構以及圖5所示的一個穿通電極3和突出部分3a附近的放大圖。但在圖5中，未示出圖6所示的通孔絕緣膜2、背面絕緣膜5、電極焊點8、以及正面保護膜9。
如圖4和5所示，半導體器件14包含平面圖中具有矩形形狀的半導體襯底1。例如，半導體襯底1是由硅組成的平板，且平面矩形形狀的圖象拾取元件12被形成在半導體襯底1的一個表面上。圖象拾取元件12具有許多象素陣列，且各個象素用作光接收傳感器。為了改善圖象拾取元件12的光聚集效率，包含與圖象拾取元件12的象素一一對應的許多微透鏡的微透鏡部分13，被形成在圖象拾取元件12的表面上。
此處，其中形成圖象拾取元件12的半導體襯底1的一個表面，被稱為半導體襯底1的正面，而其中不形成圖象拾取元件12的另一表面，被稱為半導體襯底1的背面。半導體襯底1包含多個通過正面和背面的穿通電極3、3、...。穿通電極3、3、...被安置成其間具有適當距離，且離圖象拾取元件12和微透鏡部分13適當距離，以便包圍圖象拾取元件12和微透鏡部分13。根據(jù)圖象拾取元件12的布線需要來設定穿通電極3、3、...的數(shù)目和布局。
半導體襯底1包含與穿通電極3、3、...一一對應的突出部分3a、3a、...。各個突出部分3a與對應的穿通電極3整體形成，并從半導體襯底1的正面向著稍后所述的玻璃蓋子11突出。各個突出部分3a具有平面矩形形狀、頂部處的水平表面、以及大于微透鏡部分13厚度的厚度。各個突出部分3a、3a、...的厚度基本上彼此相等。在本實施方案中，各個突出部分3a、3a、...被形成在半導體襯底1正面?zhèn)壬系拇┩姌O3、3、...的末端上，且突出部分3a、3a、...的形狀、厚度、數(shù)目和布局被設定成穩(wěn)定地支持玻璃蓋子11。因此，半導體襯底1可以具有其上不形成突出部分3a的穿通電極3。
除了穿通電極3、3、...上的突出部分3a、3a、...之外，或代替穿通電極3、3、...上的突出部分3a、3a、...，半導體襯底1還可以在半導體襯底1的正面上離穿通電極3、3、...、圖象拾取元件12、以及微透鏡部分13適當?shù)木嚯x處具有形狀不同于突出部分3a、3a、...的突出部分。突出部分的形狀、厚度、數(shù)目、以及布局被設定成穩(wěn)定地支持玻璃蓋子11。突出部分的材料可以是與穿通電極3、3、...(以及突出部分3a、3a、...)相同的或不同的導電材料，且不局限于金屬材料或非金屬材料。在任何一種情況下，由于各個突出部分不形成在圖象拾取元件12上，故不會干擾圖象拾取元件12的光接收。
半導體器件14包含玻璃蓋子11(具有透光性質的蓋子部件)，其形狀為平面尺寸基本上等于半導體襯底1的尺寸的矩形平板。借助于將玻璃蓋子11置于突出部分3a、3a、...上而被定位成基本上平行于半導體襯底1，其間有適當?shù)木嚯x。在此情況下，玻璃蓋子11覆蓋著圖象拾取元件12和微透鏡部分13，而突出部分3a、3a、...用作半導體襯底1與玻璃蓋子11之間的襯墊。
而且，各個突出部分3a和玻璃蓋子11以及半導體襯底1與玻璃蓋子11，被由合成樹脂粘合劑組成的粘合劑密封部分10彼此固定。粘合劑密封部分10被形成在半導體襯底1的外圍部分上，離開圖象拾取元件12和微透鏡部分13適當?shù)木嚯x。而且，粘合劑密封部分10將半導體襯底1與玻璃蓋子11的外圍部分密封。因此，半導體襯底1與玻璃蓋子11之間的圖象拾取元件12和微透鏡部分13被保護免受潮氣和外來物質附著或接觸等的影響。
結果，在將玻璃蓋子11固定到半導體襯底1之后，不需要額外的步驟來保護圖象拾取元件12和微透鏡部分13，從而簡化了半導體器件14的制造工藝。此外，改善了半導體器件14的制造成品率，并改善了半導體器件14的可靠性。
如圖6所示，在半導體襯底1中，形成了從半導體襯底正面穿過背面的通孔，通孔絕緣膜2被形成在通孔的內壁上，且穿通電極3被形成在通孔中，以通孔絕緣膜2居于其間。因此，穿通電極3與半導體襯底1彼此電隔離。
突出部分3a的面積大于正面?zhèn)壬贤状翱诘拿娣e，突出部分3a因而被形成在穿通電極3和半導體襯底1的正面上。但薄膜形式的電極焊點8被插入在突出部分3a與半導體襯底1的正面之間。而且，在除了電極焊點8之外的半導體襯底1的正面上形成正面保護膜9，并在電極焊點8和正面保護膜9下方形成絕緣膜(未示出)。粘合劑密封部分10和半導體襯底1與正面保護膜9被接合到一起，以絕緣膜居于其間。
借助于避開通孔的背面?zhèn)却翱?，背面絕緣膜5被形成在半導體襯底1的背面上，且從通孔背面?zhèn)入娺B接到穿通電極3的薄膜形式的背面布線4，被層疊在通孔背面?zhèn)却翱诘闹行牟糠忠约安糠直趁娼^緣膜5上。而且，背面保護膜6被層疊在背面絕緣膜5的其它部分和部分背面布線4上，并形成電連接到背面布線4的焊料球7，作為在背面布線4其它部分上使用焊料的凸塊。
在上述的半導體器件14中，穿通電極3電連接半導體襯底1的正面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)?。半導體器件14的外部光依次通過玻璃蓋子11、玻璃蓋子11與微透鏡部分13之間的空間、以及微透鏡部分13，并入射在圖象拾取元件12上。在此情況下，圖象拾取元件12和微透鏡部分13用作CCD，并通過穿通電極3、3、...、背面布線4、以及焊料球7，從半導體器件14取出光電轉換的電信號。
而且，由于玻璃蓋子11被置于突出部分3a、3a、...上，故半導體襯底1和玻璃蓋子11基本上平行，且玻璃蓋子11和微透鏡部分13被彼此分隔開。結果，有可能防止玻璃蓋子11與圖象拾取元件12或微透鏡部分13形成接觸以及對它們的損傷，且通過玻璃蓋子11的入射光被圖象拾取元件12正確地接收。
而且，由于粘合劑密封部分10被形成在半導體襯底1和玻璃蓋子11的外圍部分上，故在玻璃蓋子11與圖象拾取元件12和微透鏡部分13之間提供了空間。換言之，在玻璃蓋子11與圖象拾取元件12和微透鏡部分13之間不存在粘合劑部分。結果就有可能防止入射光由于粘合劑部分而衰減和散射，入射光從而被圖象拾取元件12正確地接收。
注意，雖然本實施方案的蓋子部件由玻璃組成，但也有可能采用合成樹脂組成的蓋子部件。而且，蓋子部件具有透光性質，以便使光能夠入射在圖象拾取元件12上，但若光不入射在形成于半導體襯底1中的半導體元件上，或若半導體元件不輻射光，則蓋子部件不一定要具有透光性質。
圖7A-7C、圖8A-8C、以及圖9A-9B是半導體器件14制造方法的解釋圖，且圖7A-7C、圖8A-8C、以及圖9A-9B示出了各個零件的剖面。但在圖7A-7C、圖8A-8C、以及圖9A-9B中，未示出通孔絕緣膜2、背面絕緣膜5、電極焊點8、以及正面保護膜9。
借助于在半導體襯底(半導體晶片)上形成多個半導體器件14、14、...，并將半導體襯底分割成各個單獨的半導體器件14，來制造半導體器件14?；蛘撸柚谠诎雽w晶片上形成多個圖象拾取元件12、微透鏡部分13、穿通電極3、突出部分3a等，將半導體晶片分割成單獨的半導體襯底1(半導體芯片)，將玻璃蓋子11固定到各個單獨的半導體襯底1，以及在各個單獨的半導體襯底1上形成焊料球，來制造半導體器件14(CSP)。下面用一種半導體器件14來進行解釋。
首先，圖象拾取元件12、包括電極焊點8的外圍電路(未示出)、微透鏡部分13等，被形成在半導體襯底100的一個表面上(圖7A)。半導體襯底100的厚度大于圖4-圖6所示半導體襯底1的厚度，是一種硅組成的平板，并在稍后描述的圖8A中成為半導體襯底1。半導體襯底100的一個表面對應于半導體襯底1的正面，且圖象拾取元件12被形成在半導體襯底100的一個表面中。在形成圖象拾取元件12和包括電極焊點8的外圍電路之后，透光的絕緣膜(未示出)被形成在包括圖象拾取元件12的表面的半導體襯底100的該一個表面上。
在形成絕緣膜之后，微透鏡部分13被安裝在圖象拾取元件12上，以絕緣膜、透光的整平膜、以及濾色器(均未示出)居于其間。在形成微透鏡部分13之后，用SiO2、SiN4等形成保護膜，然后借助于從形成的保護膜清除電極焊點8上的保護膜而形成正面保護膜9。
在形成正面保護膜9之后，多個孔1a、1a、...被形成在半導體襯底100的一個表面中(圖7B)。首先，抗蝕劑被涂敷到半導體襯底100的一個表面，然后執(zhí)行曝光和顯影，以便在電極焊點8上開出窗口。接著，用干法腐蝕方法對抗蝕劑窗口的開口部分進行腐蝕，以便清除窗口開口部分中的電極焊點8、電極焊點8下方的絕緣膜、以及半導體襯底100的硅，從而形成孔1a、1a、...，且最終清除抗蝕劑。注意，例如也可以在干法腐蝕之前，用濕法腐蝕方法來清除窗口開口部分中的電極焊點8和絕緣膜。也有可能清除在當形成電極焊點8下方的絕緣膜時，或在形成電極焊點8時預先形成的孔區(qū)1a、1a、...的部分內的絕緣膜或電極焊點8。
孔區(qū)1a、1a、...不滲透穿過半導體襯底100，且各個孔1a的窗口的4個邊為50-100微米，深度為100-150微米。各個孔區(qū)1a的位置和深度基本上等于半導體襯底1的各個通孔的位置和深度。
在形成孔1a、1a、...之后，借助于用銅進行電鍍，待要在圖8A時成為穿通電極3、3、...的金屬部分33、33、...以及突出部分3a、3a、...被形成在孔1a、1a、...中(圖7C)。借助于用各個金屬部分33填充各個孔1a，并使突出在半導體襯底100的一個表面?zhèn)壬系耐怀霾糠?a的厚度基本上彼此相等且大于微透鏡部分13的厚度，來形成金屬部分33、33、...以及突出部分3a、3a、...。注意，金屬部分33、33、...以及突出部分3a、3a、...的材料不一定要是銅，可以使用適合于電鍍的各種導電材料。
下面以一個孔1a來詳細地描述形成金屬部分33和突出部分3a的過程。在形成孔1a之后，待要在圖8A時成為通孔絕緣膜2的絕緣膜(未示出)被形成在孔1a的內壁和底部上。例如借助于用CVD方法在孔1a中形成諸如SiO2和Si3N4之類的無機膜，或者用聚酰亞胺基或環(huán)氧樹脂基的有機膜涂敷孔1a，來形成這種絕緣膜。在形成絕緣膜之后，用采用Ti和Cu的濺射方法，在包括孔1a內壁和底部的半導體襯底100的正面上，形成既用作電鍍籽晶層又用作勢壘金屬層的金屬層。
在形成金屬層之后，抗蝕劑被涂敷成比微透鏡部分13的厚度更厚，然后進行曝光和顯影，以便在形成孔1a和電極焊點8的部分內開出窗口，亦即，形成了待要在圖8A時成為穿通電極3的金屬部分33和突出部分3a的位置，從而形成了抗蝕劑窗口區(qū)。
在形成抗蝕劑窗口區(qū)之后，用電鍍銅的方法，在抗蝕劑窗口區(qū)中和孔1a中的金屬層上淀積銅。此時，由于抗蝕劑窗口區(qū)和孔1a被導電材料銅填充，故形成由金屬組成的金屬部分33和突出部分3a。在形成金屬部分33和突出部分3a之后，將涂敷的抗蝕劑清除。由于用電鍍方法同時形成突出部分3a、3a、...，故各個突出部分3a、3a、...的厚度彼此基本上相等。
在形成金屬部分33、33、...以及突出部分3a、3a、...之后，半導體襯底100成為了半導體襯底1，且金屬部分33、33、...成為了穿通電極3、3、...(圖8A)。更具體地說，借助于對半導體襯底100的另一表面進行拋光并清除包括孔1a、1a、...底部的半導體襯底100的另一表面上的硅以及孔1a、1a、...底部上的絕緣膜，形成了半導體襯底1。此時，金屬部分33、33、...的底部(半導體襯底1背面?zhèn)壬系哪┒?被暴露，從而形成穿通半導體襯底1的穿通電極3、3、...。同時，保留在孔1a、1a、...中的絕緣膜成為了通孔絕緣膜2。
半導體襯底100的另一表面被拋光，直至金屬部分33、33、...的底部被暴露?；蛘撸雽w襯底100的另一表面被拋光，并在半導體襯底100另一表面上的硅僅僅留下5-30微米厚而不暴露金屬部分33、33、...的情況下結束拋光。然后用RIE(反應離子刻蝕)方法對另一表面上的剩余硅進行腐蝕，以便暴露金屬部分33、33、...的底部，并最終用CMP方法進一步拋光另一表面，以便清洗半導體襯底1的背面。
以上述方式，整體和同時地形成了通孔3和突出部分3a。注意，借助于在形成孔1a、1a、...中的絕緣膜之后，在除了孔1a、1a、...的窗口和窗口外圍之外的正面保護膜9上形成印刷掩模而不是借助于電鍍；在不形成印刷掩模的部分上，亦即在孔1a、1a、...以及窗口外圍中印刷導電金屬膏；以及對印刷的金屬膏進行硬化，也可以整體地形成金屬部分33、33、...以及突出部分3a、3a、...。在此情況下，借助于調整印刷掩模的厚度，各個突出部分3a、3a、...能夠具有均勻的厚度。而且，也有可能利用腐蝕、激光輻照、或其它方法來形成半導體襯底1中的通孔；利用CVD方法、電鍍或其它方法在形成的通孔中形成穿通電極；然后形成突出部分3a。
在形成半導體襯底1和穿通電極3、3、...之后，在半導體襯底1的背面上形成背面布線4和背面保護膜6(圖8B)。在此情況下，首先形成背面絕緣膜5，然后形成連接到穿通電極3、3、...的背面布線4。接著，背面保護膜6被層疊在除了在圖9B中形成焊料球7、7、...的部分(焊盤部分)之外的背面絕緣膜5和背面布線4上。
此處，用一個穿通電極3來詳細地描述背面布線4、背面絕緣膜5、以及背面保護膜6的形成。在形成穿通電極3和突出部分3a之后，背面絕緣膜5被層疊在除了穿通電極3的底部(半導體襯底1背面?zhèn)壬系哪┒?之外的半導體襯底1的背面上。背面絕緣膜5是一種用來使隨后要形成的背面布線與半導體襯底1隔離的絕緣膜。
例如，借助于在將光敏有機膜層疊在包括穿通電極3底部的半導體襯底1的背面上之后執(zhí)行曝光和顯影；在對應于穿通電極3底部的部分內開出窗口；然后借助于用熱處理方法執(zhí)行固化(熱固化)而對有機膜進行硬化，來形成這種背面絕緣膜5?；蛘?，借助于在將諸如SiO2和SiN4之類的無機膜層疊在包括穿通電極3底部的半導體襯底1的背面上之后涂敷抗蝕劑并執(zhí)行曝光和顯影；在對應于穿通電極3的部分內開出窗口之后用腐蝕方法清除覆蓋穿通電極3底部的無機膜；以及最后清除抗蝕劑，來形成背面絕緣膜5。
在形成背面絕緣膜5之后，背面布線層4被形成在穿通電極3的底部和背面絕緣膜5的預定位置上。為了形成背面布線4，首先，利用Ti和Cu的濺射方法，既用作電鍍籽晶層又用作勢壘金屬層的金屬層被形成在穿通電極3的底部和背面絕緣膜5上。接著涂敷抗蝕劑，并借助于執(zhí)行曝光和顯影而在穿通電極3的底部和背面絕緣膜5的預定位置上形成窗口開口區(qū)。在形成窗口開口區(qū)之后，用電鍍銅的方法以銅填充窗口開口區(qū)，并形成背面布線4。最后，在清除抗蝕劑之后，用腐蝕方法清除被抗蝕劑覆蓋的不必要的金屬層。
注意，也有可能借助于利用濺射方法用形成背面布線4的金屬(例如Cu、CuNi、Ti)將金屬層層疊在穿通電極3的底部和背面絕緣膜5上，在涂敷抗蝕劑之后執(zhí)行曝光和顯影，以及腐蝕，來形成背面布線4。
在形成背面布線4之后，用來保護背面布線4的背面保護膜6被層疊在除了待要在圖9B時形成焊料球7的部分之外的背面布線4和背面絕緣膜5上。借助于在將光敏有機膜層疊在背面布線4和背面絕緣膜5上之后執(zhí)行曝光和顯影然后用熱固化方法對有機膜進行硬化而在待要形成焊料球的部分處開出窗口，來形成背面保護膜6。注意，也可以借助于在將諸如二氧化硅和氮化硅之類的無機膜層疊在背面布線4和背面絕緣膜5上之后涂敷抗蝕劑并執(zhí)行曝光和顯影，然后執(zhí)行腐蝕以便在待要形成焊料球7的部分開出窗口，來形成背面保護膜6。
在形成背面保護膜6之后，由合成樹脂組成的粘合劑部分101被形成在包括突出部分3a、3a、...頂部表面的半導體襯底1的正面上，與圖象拾取元件12和微透鏡部分13分隔開(圖8C)。借助于用印刷方法將粘合膠轉移到半導體襯底1的正面上，而形成粘合劑部分101，并在圖9A時成為粘合劑密封部分10。這樣形成的粘合劑部分101直到成為粘合劑密封部分10之前具有適當?shù)娜嵝浴?br> 在形成粘合劑部分101之后，玻璃蓋子11被固定到半導體襯底1，且粘合劑部分101被硬化以形成粘合劑密封部分10(圖9A)。在此情況下，首先將玻璃蓋子11置于突出部分3a、3a、...上，以粘合劑部分101居于其間，然后對半導體襯底1和玻璃蓋子11施加壓力，直至玻璃蓋子11的一個表面(半導體襯底1側上的表面)與突出部分3a的頂部表面形成接觸，最后用熱固化方法對粘合劑部分101進行硬化。因此形成了粘合劑密封部分10，并通過粘合劑密封部分10而固定了半導體襯底1、突出部分3a、3a、...、以及玻璃蓋子11。結果，半導體襯底1與玻璃蓋子11之間的空間就被粘合劑密封部分10密封。
注意，借助于將光敏粘合劑涂敷到半導體襯底1的正面并執(zhí)行曝光和顯影，也有可能形成粘合劑密封部分10。
為了將玻璃蓋子11固定到半導體襯底1，粘合劑部分101具有柔性，因而有可能防止在將壓力施加到半導體襯底1和玻璃蓋子11時對半導體襯底1的損傷。雖然粘合劑部分101具有柔性，但由于突出部分3a、3a、...被插入作為半導體襯底1和玻璃蓋子11之間的襯墊，故有可能防止玻璃蓋子11下陷到粘合劑部分101中、傾斜、以及與微透鏡部分13或圖象拾取元件12形成接觸。
關于待要固定到半導體襯底1的玻璃蓋子11，一個玻璃蓋子11可以被固定到單個半導體襯底1，或一個玻璃片可以被固定到多個半導體襯底1、1、...，然后被分割成多個玻璃蓋子11、11、...。若可以確保與突出部分3a、3a、...的接觸，則玻璃蓋子11的面積可以小于半導體襯底1的面積。在此情況下，減小了半導體器件14的尺寸。但半導體襯底1的面積必須大于圖象拾取元件12和微透鏡部分13，以便覆蓋它們。
在將玻璃蓋子11固定到半導體襯底1之后，焊料球7、7、...被形成在半導體襯底1的背面上(圖9B)。在此情況下，首先，松香基焊藥被涂敷到焊盤部分(亦即未被背面保護膜6覆蓋的背面布線4)，然后，Sn-Ag-Cu焊料被形成為球形，最后執(zhí)行熱處理，以便清洗和清除焊藥。
圖10是剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案1的光學器件模塊的結構。此光學器件模塊包含柱形光路確定裝置17。此光路確定裝置17一端夾持著透鏡18，并在另一端具有由布線襯底15隔絕于光路確定裝置17外部的窗口。光路確定裝置17的該另一端和布線襯底15被粘合劑(未示出)接合并被密封。導電布線16被圖形化在光路確定裝置17內部布線襯底15的至少一個表面上。
半導體器件14被排列在光路確定裝置17中，使半導體襯底1的背面面對布線襯底15，并用倒裝芯片鍵合方法電連接焊料球7、7、...與導電布線16。
這種光學器件模塊中的光路確定裝置17確定了到微透鏡部分13和圖象拾取元件12的光路。光路確定裝置17還用作夾持透鏡18的夾具，并用作用來保護半導體器件14和導電布線16等免受外部環(huán)境影響的保護裝置。
上述的光學器件模塊不需要用接合線來形成各個電極之間的連接。因此，與需要接合線連接的常規(guī)光學器件模塊相比，減小了沿寬度方向(圖10中的箭頭方向)的面積和沿厚度方向(圖10中的空心箭頭方向)的長度，減小的量相當于接合線連接所要求的空間。
在半導體器件14中，半導體襯底1和玻璃蓋子11被整體地構成。而且，由于半導體器件14能夠緊靠光路確定裝置17放置直至玻璃蓋子11與在光學器件模塊的光路確定裝置17的一端(透鏡18側上)處的窗口形成接觸為止，故光學器件模塊的厚度被進一步減小。
此外，由于圖象拾取元件12和微透鏡部分13在半導體器件14被置于光路確定裝置17中之前被玻璃蓋子11和粘合劑密封部分10密封而被保護，故有可能防止外來物質粘附到圖象拾取元件12或微透鏡部分13或與圖象拾取元件12或微透鏡部分13形成接觸，并防止圖象拾取元件12和微透鏡部分13在制造光學器件模塊過程中破裂。結果就簡化了光學器件模塊的制造工藝。而且改善了光學器件模塊的成品率，并改善了光學器件模塊的可靠性。
注意，借助于涂敷焊膠來形成焊料電極層而不是形成焊料球7、7、...，并電連接形成的焊料電極和導體布線16，也有可能構成半導體器件14。在此情況下，光學器件模塊的厚度被進一步減小了。
而且，半導體器件14或包含半導體器件14的光學器件模塊還可以具有形成在玻璃蓋子11或微透鏡部分13上的濾色器以及諸如紅外阻擋膜之類的濾光器。
而且，借助于接合且密封其背面暴露于光路確定裝置17外部的半導體襯底1和光路確定裝置17的另一端，也有可能構成光學器件模塊而無需布線襯底15。在此情況下，減小了光學器件模塊的尺寸，減小的量相當于布線襯底15。
包含上述半導體器件14的光學器件模塊被安裝在諸如數(shù)碼相機或具有相機功能的移動電話之類的光學裝置中。由于布線襯底15和光路確定裝置17的平面投影面積相對于圖象拾取元件12的面積能夠被最大限度地減小，故有可能實現(xiàn)高密度的封裝。
實施方案2圖11是剖面圖，示出了根據(jù)本發(fā)明實施方案2的半導體器件14的結構。本實施方案的半導體器件14與實施方案1的半導體器件的差別是半導體器件14是具有或不具有突出部分30、30、...。因此，用相同的參考號來表示對應于實施方案1的零件，且其解釋不再贅述。
半導體襯底1具有彼此一一對應的穿通電極3、3、...以及突出部分3a、3a、...。但穿通電極3、3、...的數(shù)目小于實施方案1的半導體器件14中的穿通電極3、3、...的數(shù)目，或穿通電極3、3、...的布局與實施方案1的半導體器件14中的穿通電極3、3、...的布局相比被偏移，因而不可能僅僅由突出部分3a、3a、...來穩(wěn)定地支持玻璃蓋子11。
因此，半導體襯底1具有向著圖象拾取元件12表面上的玻璃蓋子11突出的突出部分30、30、...。突出部分30、30、...的厚度基本上等于突出部分3a、3a、...的厚度，且突出部分30、30、...的形狀、厚度、數(shù)目、以及布局被設定為由突出部分3a、3a、...和突出部分30、30、...來穩(wěn)定地支持玻璃蓋子11。
利用與穿通電極3、3、...以及突出部分3a、3a、...相同的材料，與穿通電極3、3、...以及突出部分3a、3a、...的形成同時，用電鍍或印刷以及硬化金屬膏的方法，或在形成穿通電極3、3、...以及突出部分3a、3a、...之后，來形成突出部分30、30、...。
在突出部分30、30、...所在的圖象拾取元件12的表面上，不形成微透鏡部分13的微透鏡。而且，由于玻璃蓋子11和半導體襯底1被粘合劑密封部分10牢固地接合在一起并密封，故有可能接合或不接合突出部分30、30、...的頂部表面與玻璃蓋子11。粘合劑密封部分10沒有被形成在突出部分30、30、...的外圍，以便不干擾圖象拾取元件12的光接收。
如上所述，待要形成突出部分3a、3a、...和突出部分30、30、...的地方不局限于圖象拾取元件12表面的外面，而是有可能在半導體襯底1的正面上形成適當形狀、厚度、數(shù)目、以及布局的突出部分3a、3a、...和突出部分30、30、...。
注意，雖然實施方案1或2的半導體器件14具有多個突出部分，但也可以具有單個突出部分。在此情況下，突出部分被形成為例如包圍圖象拾取元件12和微透鏡部分13且穩(wěn)定地支持玻璃蓋子11的正方形或C形壁。
而且，形成在半導體襯底1正面上的部分突出部分可以與至少一個穿通電極3整體地形成，或形成為分離的形式。而且，與穿通電極3整體地形成的突出部分可以不形成在半導體襯底1的正面上。例如在突出部分不形成在半導體襯底1的正面上的情況下，有可能在半導體襯底1的邊沿處形成L形的突出部分。也有可能在玻璃蓋子11上形成突出部分而不是在半導體襯底1上形成突出部分。而且，有可能在半導體襯底1與玻璃蓋子11之間插入是與半導體襯底1和玻璃蓋子11是分隔片的襯墊而不是插入突出部分。
若突出部分和穿通電極3是分隔片，或甚至若突出部分和穿通電極3被形成為單個片，則無需由完全相同的材料形成突出部分和穿通電極3。而且，突出部分可以由銅之外的金屬或非金屬材料組成。
權利要求
1.一種半導體器件，它包含在其一個表面中形成有半導體元件的半導體襯底；形成在半導體襯底中的穿通電極；附于半導體襯底以覆蓋半導體元件的蓋子部件；以及形成在半導體襯底上以便從該一個表面向著蓋子部件突出的突出部分。
2.根據(jù)權利要求1的半導體器件，還包含安裝在該一個表面上的微透鏡，其中，突出部分的厚度大于微透鏡的厚度。
3.根據(jù)權利要求1或2的半導體器件，其中，突出部分與穿通電極被整體地形成。
4.根據(jù)權利要求1或2的半導體器件，其中，突出部分被形成在該一個表面上。
5.根據(jù)權利要求1或2的半導體器件，其中，利用相同的導電材料來形成穿通電極和突出部分。
6.根據(jù)權利要求1或2的半導體器件，其中，突出部分由金屬組成。
7.根據(jù)權利要求1或2的半導體器件，其中，蓋子部件具有透光性質，且半導體元件是光接收元件或圖象拾取元件。
8.一種光學器件模塊，它包含權利要求1或2所述的半導體器件；以及用來確定到半導體器件的光路的光路確定裝置。
9.一種半導體器件的制造方法，它包含下列步驟在半導體襯底的一個表面中形成半導體元件；在半導體襯底中形成穿通電極；在半導體襯底上形成從該一個表面突出的突出部分；以及將蓋子部件附于半導體襯底，以形成的突出部分位于該一個表面與蓋子部件之間，以便覆蓋半導體元件。
10.根據(jù)權利要求9的半導體器件制造方法，還包含將微透鏡安裝在該一個表面上的步驟，其中，當形成突出部分時，突出部分被形成為厚度大于微透鏡的厚度。
11.根據(jù)權利要求9或10的半導體器件制造方法，其中，在形成穿通電極之后，或在形成穿通電極的過程中，突出部分與穿通電極被整體地形成。
12.根據(jù)權利要求9或10的半導體器件制造方法，其中，借助于對半導體襯底進行電鍍而形成突出部分。
13.根據(jù)權利要求9或10的半導體器件制造方法，其中，借助于將金屬膏印刷在半導體襯底上并對印刷的金屬膏進行硬化而形成突出部分。
全文摘要
圖象拾取元件和微透鏡部分被形成在半導體襯底的正面上；形成了穿過半導體襯底的穿通電極；從正面向著玻璃蓋子突出的突出部分被形成為厚度大于穿通電極上微透鏡部分的厚度；且突出部分被插入在半導體襯底與玻璃蓋子之間。
文檔編號H04N5/335GK1645598SQ20051000564
公開日2005年7月27日 申請日期2005年1月24日 優(yōu)先權日2004年1月23日
發(fā)明者小野敦, 藤原紀人 申請人:夏普株式會社