半导体器件及其制造方法

专利名称：半导体器件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件及其制造方法，特别是，布线通过器件基板的半 导体器件以及制造方法，例如，在其中气密地密封固态成像装置等的封装半
导体器件。
背景技术：
作为小型化固态成像器件的一个实例，在日本专利申请公开JP 2006 -128713 (专利文件l)中揭示了一种方法，其中粘合层形成在成像元件区域 外部的周边部分上，而透明板例如玻璃设置在固态成像器件的顶部，并且由 该粘合层固定和密封，以保持成像元件区域的气密封。
作为引出固态成像元件的外部电极的方法，到达由铝等形成并且设置在 有源表面上的焊盘电极的通孔从固态成像元件的与有源表面相反侧的表面 通过干蚀刻法等形成，用于与形成固态成像元件的硅基板保持绝缘的绝缘层 形成在该通孔的内壁部分上，然后由铜等制造允许与焊盘电极电连接的传导 层以填充该通孔的内部的方式形成或者沉积到通孔的内壁。
这样，通过从有源层的后表面引出外部电极，固态成像器件的封装可以 以与固态成像元件相同的尺寸实现，从而能够减小固态成像器件。
同时，伴随着固态成像元件的高速、多功能处理的进行，已知的问题是， 固态成像元件自身中所造成的热在固态成像元件中引起热噪声，并且像素部 分的温度梯度降低了阴影特性等。
例如，在很多CMOS固态成像元件中，如输入/输出电路和比较器的周 边电路通常设置在像素部分的周围，并且由于输入/输出电路和比较器产生 热，在像素部分上产生温度梯度。
例如，由于在周边电路部分上产生的热，在60fps的帧频运行期间，在 像素部分上产生2度的温度梯度。该温度梯度随着周边电路的帧频和功能的 增加而增加，并且在最坏的情况下，成像特性可能受到显著影响。
对于有关温度的问题，日本专利申请公开JP2000-353800 (专利文件2)中已经揭示了一种方法，其中通过改变电路^^块(circuit blocks)的布置使
温度梯度均匀。
此外，在日本专利申请^HfJP 2006-229043 (专利文件3 )中，已经揭 示了另一种方法，其中采用抗热措施而没有使用冷却器，在封装中直接在作 为固态成像元件的生热部分的放大器之下形成热辐射通路。
此外，在日本专利^^告No. 3655232 (专利文件4)中，已经揭示了又一 种方法，其中通过形成凹槽来进行抗热措施，该凹槽用于绝缘来自固态成像 元件的有源表面侧上的生热部分的热。

发明内容
然而，在根据专利文件1的半导体器件中，填充通孔或者沉积在通孔内 壁上的传导层与硅基板具有不同的热膨胀系数，由此而出现这样的问题，由 于在形成传导层后执行固化树脂和焊接回流的热处理，从靠近通孔到达焊盘 电极的底部与侧壁之间的拐角的区域，在硅基板侧上产生裂缝。
同样，由于传导层的热处理产生的热膨胀，形成焊盘电极的铝会受到推 力，并且由此引起的这样问题，在传导层与焊盘电极之间的边缘上产生剥皮， 以及焊盘电极与粘合层的剥脱。
如专利文件2所指出，改变电路布置可以减小固态成像元件的像素部分 上的温度梯度。然而，固态成像元件的高速和多功能处理导致每一个电路模 块的发热密度改变，由此使得难于单独通过布置上的改变来解决问题。
此外，因为生热部分产生的热在半导体元件中扩散且其后被带到封装基 板，所以通过在封装基板中形成通道改善散热的技术已经解决了散热效率差 的问题，如专利文件3所揭示。
另外，连接半导体元件到封装基板的方法影响传热效率，并且能够同时 实现抑制翘曲的固化收缩(curing contraction )和高导热率的树脂是昂贵的， 由此阻碍了实现要求的散热特性。
此外，在生热部分与像素部分之间通过在半导体基板的有源表面侧上形 成凹槽进行绝热的技术中，例如专利文件4所揭示的，在某些情况下，会要 求形成保护膜，以便在凹槽形成期间避免损坏有源表面。
因此，由于要嵌镶在通孔中的传导层与基板或焊盘电极之间热膨胀系数 上的差别引起的问题是难点，例如裂缝和剥皮，以及进一步的半导体元件上温度梯度的难点，该半导体元件具有运行期间发热密度不同的区域，所希望 的是抑制这些难点。
在本发明的实施例中，提供一种半导体器件，其包括半导体基板，具
有形成在有源表面上的第一电子电路和第二电子电路，该第二电子电路具有
与该第一电子电路不同的运行期间发热密度；焊盘电极，通过连接到该第一 电子电路和/或该第二电子电路而形成在该有源表面上；第一开口，从该半导 体基板的与该有源表面相反侧的表面朝着该焊盘电极沿着该半导体基板的 深度形成到某一位置；第二开口，形成为从该第一开口的底部表面到达该焊 盘电极，该第二开口的直径比该第一开口的直径小；绝缘层，通过覆盖该第 一开口和该第二开口的侧壁表面形成；传导层，通过至少覆盖该绝缘层的内
壁表面和该第二开口的底部表面形成在该绝缘层的内侧上；第三开口，从该
半导体基板的与该有源表面相反侧的表面沿着该半导体基板的深度形成到
某一位置；以及热绝缘体，嵌镶在该第三开口中。
在该半导体器件中，第一电子电路、与第一电子电路具有不同的运行期
间发热密度的第二电子电路和焊盘电极形成在半导体基板的有源表面上。第 一开口从半导体基板的与有源表面相反侧的表面到焊盘电极沿着半导体基
板的深度形成到某一位置。直径小于第 一开口的直径的第二开口形成为从第 一开口的底部表面到达焊盘电极。绝缘层通过覆盖第一开口和第二开口的侧 壁表面形成。传导层通过在绝缘层的内侧上至少覆盖绝缘层的内壁表面和第 二开口的底部表面形成。此外，第三开口从半导体基板的与有源表面相反侧 的表面沿着半导体基板的深度形成到某一位置。热绝缘体通过在第三开口中 嵌镶形成。
在本发明的实施例中，提供一种半导体器件，其包括半导体基板，具 有形成在有源表面上的第一电子电路和第二电子电路，该第二电子电路具有 与该第一电子电路不同的运行期间发热密度；焊盘电极，通过连接到该第一 电子电路和/或该第二电子电路而形成在该有源表面上；第一开口，从该半导 体基板的与该有源表面相反侧的表面朝着该焊盘电极沿着该半导体基板的 深度形成到某一位置；第二开口，形成为从该第一开口的底部表面到达该焊 盘电极，并且具有比该第一开口的直径小的直径；绝缘层，通过覆盖该第一 开口和该第二开口的侧壁表面形成；传导层，通过至少覆盖该绝缘层的内壁
表面和该第二开口的底部表面形成在该绝缘层的内侧上；第三开口，从该半导体基板的与该有源表面相反侧的表面沿着该半导体基板的深度形成到某
一位置；以及导热层，形成在该第三开口之内。
在本发明的半导体器件中，第一电子电路、第二电子电路、焊盘电极、 第一开口、第二开口、绝缘层和传导层形成在半导体基板上。此外，第三开 口从半导体基板的与有源表面相反侧的表面沿着半导体基板的深度形成到
某一位置，并且导热层形成在第三开口之内。
在本发明的另一实施例中，提供一种半导体器件的制造方法，其包括如 下步骤在半导体基板的有源表面上形成第一电子电路和第二电子电路，该 第二电子电路具有不同于该第一电子电路的运行期间发热密度，以及通过连 接到该第一电子电路和/或该第二电子电路在该有源表面上形成焊盘电极；从 该半导体基板的与该有源表面相反侧的表面朝着该焊盘电极形成第一开口
到沿着该半导体基板深度的某一位置；形成直径小于该第一开口的直径的第 二开口以从该第一开口的底部表面到达该焊盘电极；通过覆盖该第一开口和 该第二开口的侧壁表面形成绝缘层；通过在该绝缘层的内侧上至少覆盖该绝
缘层的内壁表面和该第二开口的底部表面形成传导层；从该半导体基板的与 该有源表面相反侧的表面形成第三开口到沿着该半导体基板深度的某一位 置；以及通过嵌镶该第三开口形成热绝缘体。
在本发明的半导体器件的制造方法中，第一电子电路和与第一电子电路 具有不同的运行期间发热密度的第二电子电路形成在半导体基板的有源表 面上，并且焊盘电极通过连接到第 一电子电路和/或第二电子电路形成在有源 表面上。
然后，第一开口从半导体基板的与有源表面相反侧的表面朝着焊盘电极 沿着半导体基板的深度形成到某一位置，并且直径不同于第一开口的直径的 第二开口形成为从第一开口的底部表面到达焊盘电极。
然后，绝缘层通过覆盖第一开口和第二开口的侧壁表面形成，并且传导 层通过至少覆盖绝缘层的内壁表面和第二开口的底部表面形成在绝缘层的 内侧上。
其间，第三开口从半导体基板的与有源表面相反侧的表面沿着半导体基 板的深度形成到某一位置，并且热绝缘体通过嵌镶第三开口形成。
在本发明的另一实施例中，提供一种半导体器件的制造方法，其包括如 下步骤在半导体基板的有源表面上形成第一电子电路和第二电子电路，该第二电子电路具有不同于该第一电子电路的运行期间发热密度，以及通过连 接到该第 一 电子电路和/或该第二电子电路在该有源表面上形成焊盘电极；从 该半导体基板的与该有源表面相反侧的表面朝着该焊盘电极形成第一开口
到沿着该半导体基板深度的某一位置；形成直径小于该第一开口的直径的第
二开口以从该第一开口的底部表面到达该焊盘电极；通过覆盖该第一开口和 该第二开口的侧壁表面形成绝缘层；通过在该绝缘层的内侧上至少覆盖该绝
缘层的内壁表面和该第二开口的底部表面形成传导层；从该半导体基板的与 该有源表面相反侧的表面形成第三开口到沿着该半导体基板深度的某一位
置；以及在该第三开口之内形成导热层。
在本发明的半导体器件的制造方法中，第一电子电路、第二电子电路和 焊盘电极形成在半导体基板的有源表面上。第一开口沿着半导体基板的深度 形成到某一位置，并且第二开口形成为从第一开口的底部表面到达焊盘电 极。绝缘层通过覆盖第一开口和第二开口的侧壁表面形成，并且传导层形成 在绝缘层的内侧上。
另一方面，第三开口从半导体基板的与有源表面相反侧的表面沿着半导 体基板的深度形成到某一位置，并且导热层形成在第三开口之内。
在根据本发明实施例的半导体器件中，第三开口从半导体基板的与有源 表面相反侧的表面沿着半导体基板的深度形成到某一位置，并且热绝缘体通 过在第三开口之内嵌镶形成，从而抑制了从第二电子电路到第一电子电路的 热传导，或者导热层形成在第三开口之内，从而来自第二电子电路的热散发 到半导体基板的相对侧，由此降低了固态成像元件的像素部分上的热梯度。
在根据本发明实施例的半导体器件的制造方法中，第三开口从半导体基 板的与有源表面相反侧的表面沿着半导体基板的深度形成到某一位置，并且 热绝缘体通过嵌镶第三开口形成，从而抑制了从第二电子电路到第一电子电 路的热传导，或者导热层形成在第三开口之内，从而来自第二电子电路的热 散发到半导体基板的相对侧，由此降低了固态成像元件的像素上的热梯度。


图1A是根据本发明第一实施例的半导体器件的示意性截面图，而图1B 是图1A的主要部分的放大图2是用于图示根据本发明第 一 实施例的半导体器件的各部分的尺寸和运行期间的热传导状态的示意图；图3A和3B是示出根据本发明第一实施例的半导体器件的制造方法的 制造步骤的截面图；图4A和4B是示出根据本发明第一实施例的半导体器件的制造方法的 制造步骤的截面图；图5A和5B是示出根据本发明第一实施例的半导体器件的制造方法的 制造步骤的截面图；图6A和6B是示出根据本发明第一实施例的半导体器件的制造方法的 制造步骤的截面图；图7A和7B是示出根据本发明第一实施例的半导体器件的制造方法的 制造步骤的截面图；图8A和8B是示出根据本发明第一实施例的半导体器件的制造方法的 制造步骤的截面图；图9是根据本发明第二实施例的半导体器件的主要部分的放大示意性截 面图；图10是图示根据本发明第二实施例的半导体器件的运行期间的热传导 状态的示意图；图11是才艮据本发明第三实施例的半导体器件的主要部分的放大示意性图12是图示根据本发明第三实施例的半导体器件的运行期间的热传导 状态的示意图；和图13是根据本发明第四实施例的半导体器件的示意性截面图。
具体实施方式
现在，将参照附图来描述根据本发明的半导体器件及其制造方法的实施例。第一实施例图1A是根据第一实施例的半导体器件的示意性截面图，而图1B是图 1A的主要部分的放大图。根据本实施例的半导体器件是具有固态成像元件的半导体芯片，如 CMOS成像传感器，其中通过气密密封封装该固态成像元件。ii例如，作为第一电子电路的光电转换电路11形成在由硅等制造的半导 体基板10的有源表面上，并且周边电路12形成为第二电子电路。这里，第二电子电路(周边电路)12是这样的电子电路，它的运行期间 发热密度不同于第一电子电路的运行期间发热密度，并且是例如输入/输出电路、比较器、计数器、DA (数字模拟)转换器和PLL (锁相回路)电路等。 此外，例如，焊盘电极13通过连接到光电转换电路11和/或周边电路 12在半导体基板10的有源表面上形成在光电转换电路11的周边部分。此外，例如，由透明基板例如玻璃制造的封装基板15设置来使得它面 对半导体基板10的有源表面，另外，密封树脂层14形成在半导体基板10 上的光电转换电路ll的周边部分与封装基板15之间的间隙中，以便气密密 封光电转换电路ll。因此，光电转换电路11被气密密封。 在本实施例中，周边电路12也通过密封树脂层14密封。 此外，例如，第一接触孔CH1形成为第一开口，从半导体基板10的与 有源表面相反侧的表面朝着焊盘电极13沿着半导体基板IO的深度形成到某 一位置。第二接触孔CH2形成为第二开口，其直径小于第一接触孔CH1的 直径，以便从该第一接触孔CH1的底表面到达焊盘电极13。此外，例如，绝热开口 IH形成为第三开口 ，从半导体基板10的与有源 表面相反侧的表面朝着光电转换电路11和周边电路12之间的区域形成。此外，例如，由氧化硅等制造的绝缘层20通过覆盖第一和第二接触孔 CH1、 CH2的侧壁表面形成，另外，由铜等制造的传导层21通过至少覆盖 绝缘层20的内壁表面和第二接触孔CH2的底表面形成在绝缘层20的内侧 上。绝缘层20是用于避免半导体基板10和传导层21之间短路的层。绝缘 层20和传导层21在半导体基板10的与有源表面相反侧的表面上延伸直至 到开口的外面，用作引线电极。绝缘层20和传导层21也形成在绝热开口 IH的内壁表面上。由阻焊剂(solder resist)等制造的保护膜22通过覆盖半导体基板10的 与有源表面相反侧的表面形成。这里，保护膜22通过嵌镶第一接触孔CH1和绝热开口 IH形成在传导 层21的内侧上，并且在绝热开口 IH中起热绝缘体的作用。此外，保护膜22也具有形成于其中的开口用于暴露传导层21的一部分，通过该开口形成外部连接端子23，例如焊球凸点(solder ball bump )或者金 柱凸起(gold stud bump )。如上所述形成了根据本实施例的半导体器件。根据本实施例的半导体器件通过将其例如经由外部连接端子23安装到 安装板而使用，或者通过将其安装在另一个板上而以模块的形式使用，在该 另 一个板上形成有存储元件。图2是用于图示根据本实施例的半导体器件各部分的尺寸和运行期间的热传导状态的示意图。在半导体器件中，第二接触孔CH2的直径a2优选不大于第一接触孔 CHI的直径al的0.7倍，更优选不小于0.5倍。在制造方法中，通过以该尺寸形成半导体器件，可以增加相对于焊盘电 极13对准第二接触孔CH2的自由度。同样，第一接触孔CHI的深度bl优选不小于半导体基板10的厚度B 的0.5倍，且不大于0.9倍。如果第一接触孔CH1的深度bl小于半导体基板10的厚度B的0.5倍， 则第二接触孔CH2的孔径比变得太大，并且由此第二接触孔CH2开孔和以 传导层填充的加工变得困难，并且回转时间(Turn Around Time, TAT)将变 长。此外，如果该深度bl超过厚度B的0.9倍，则半导体基板10对应于形 成第二接触孔CH2的部分的厚度变得很薄，以致在形成第二接触孔CH2和 后来的可靠性试验期间会引起不便。例如，通过设定半导体基板10的厚度B为200^im，第一接触孔CHI的 直径al和深度bl分别为80pm和160pm,第二接触孔CH2的直径a2和深 度b2分别为30pm和40pm,可以实现适当形状的通孔。同样，在绝缘层20中，用于覆盖第一接触孔CH1的侧壁表面部分的厚 度cl优选制造成比用于覆盖第二接触孔CH2的侧壁表面部分的厚度c2厚。通过使绝缘层的厚度在具有较大的直径的第一接触孔CHI上较厚，并 且使绝缘层20的厚度在第二接触孔CH2上较薄，减少了传导层21和半导 体基板10之间的寄生电容，从而可以获得半导体器件较低的功耗，并且还 可以使具有小直径的第二接触孔CH2被导体填充得好。绝缘层20优选由单一绝缘材料例如氧化硅形成，但是也可以由多种材 料形成。例如，当全部绝缘层20由氧化硅形成时，如稍候描述的制造方法所说 明的，氧化硅膜通过覆盖第一接触孔CH1的侧壁表面形成，然后去除在第一接触孔CH1的底表面部分上的氧化硅膜。其后，形成第二接触孔CH2， 并且氧化硅膜通过覆盖第一接触孔CHI和第二接触孔CH2的侧壁形成，由 此使部分第一接触孔CHI的绝缘层很厚。因此，可以获得具有该构造的绝 缘层。在相关技术所产生的构造中，传导层形成在穿过基板的开口的内壁中以 防止裂缝和剥皮，这对使传导层的直径较小是有效的。例如，可以考虑简单 地使通孔的直径更小。在此情况下，削弱了通孔的加工可能性，由此造成非 常难于形成到达焊盘电极的开口。另外，如果通孔的直径做得较小，在形成 传导层期间导体的嵌镶质量变坏，由此导致形成传导层非常困难。此外，还应考虑使传导层的直径变小，同时使通孔的直径类似于相关技 术的通孔的直径，并且使形成在侧壁表面上的氧化硅膜的厚度变厚。即使在 此情况下，用于形成传导层的空间的直径也做成很小，以致导体的填充质量 变坏，由此使得形成传导层非常困难。在根据本实施例的半导体器件中，通孔形成为第一接触孔CH1和直径 小于该第一接触孔CH1的直径的第二接触孔CH2。通过该构造，可以抑制 由于嵌镶在通孔中的传导层与基板或焊盘电极之间热膨胀系数上的差别而 产生的裂缝和剥皮。此外，只有第二接触孔的直径较小，因此通孔可以易于形成，还不引起 通孔内的导体嵌镶质量的变坏。此外，绝热开口 IH的直径dl优选约等于第一接触孔CH1的直径al， 并且绝热开口 IH的深度也约等于第一接触孔CH1的深度bl。因此，通过使绝热开口 IH的直径和深度约等于第一接触孔的直径和深 度，二者可以同时形成。这里，将描述半导体器件运行期间的热传导状态。如图2所示，绝热开口 (第三开口 ) IH从半导体基板的与有源表面相 反侧的表面沿着半导体基板的深度形成到某一位置，并且通过嵌镶在绝热开 口 IH中形成作为热绝缘体的保护膜22。绝热开口 IH起到阻挡热传导的作 用。因此，当周边电路(第二电子电路)12的发热密度大于光电转换电路(第 一电子电路)11时，抑制了周边电路(第二电子电路)12产生的热T传导到光电转换电路(第一电子电路)11，由此可以减少固态成像元件的像素部 分上的热梯度。用于填充绝热开口 IH的材料可以包括比硅导热率低的合成树脂组合 物，例如环氧树脂类、聚烯烃类、氟类、液晶类和丙烯酸树脂类组合物，或 者合成树脂组合物与无机材料的混合物。接下来，参照图3A、 3B至图8A、 8B,将描述根据本实施例的半导体 器件的制造方法。首先，如图3A所示，例如，作为第一电子电路的光电转换电路11和作 为第二电子电路的周边电路12形成在由硅等制造的半导体基板10的有源表 面上。第二电子电路(周边电路)12是运行期间发热密度与第一电子电路的 运行期间发热密度不同的电子电路，并且是例如输入/输出电路、比较器、计 数器、DA转换器和PLL电路等。同样，焊盘电极13通过连接到光电转换电路11和/或周边电路12形成 在半导体基板10的有源表面上的光电转换电路11的周边部分。然后，如图3B所示，例如，通过旋涂法等涂敷树脂层，密封树脂层14 形成在半导体基板IO上的光电转换电路11的周边部分，以便覆盖在半导体 基板10上的光电转换电路11的周边部分上的焊盘电极13。对于由密封树脂层14覆盖的区域，因为该区域与用于下面步骤中进行 连接的封装基板的密切接触程度相关，所以需要选择适当的值。优选该区域 比焊盘电极13的宽度宽，并且延伸到距离密封树脂层14的禁止区域10 jim 或者更大的内部位置。如果密封层14形成为很接近其禁止区域，则如果在 接下来将其连接到封装基板的步骤中密封树脂被挤出，就会发生不便。然后，如图4A所示，例如，由透明基板例如玻璃制造的封装基板15 设置在密封树脂层14上，使得其面对半导体基板10的有源表面，由此由封 装基板15和密封树脂层14气密密封光电转换电路11和周边电路1.2。尽管在密封树脂层14中，用于覆盖焊盘电极13的部分和用于气密密封 由透明基板例如玻璃形成的封装基板15的部分由单一树脂层制造，但是密 封树脂层还可以由多种密封树脂材料形成。图4B是图4A的主要部分的放大图。将参照放大图来描述后续的步骤。然后，如图5A所示，例如，在半导体基板10的与有源表面相反侧的表 面上，通过光刻工艺形成具有用于打开第一接触孔的图案的抗蚀剂膜(未示出)，并且通过该抗蚀剂膜进行各向异性干蚀刻工艺，例如反应离子蚀刻(RIE- Reactive Ion Etching ),以朝着焊盘电极13形成第一接触孔(第一开 口 ) CHI到沿着半导体基板10的深度的某一位置。这里，第一接触孔CHI的深度优选设定为不小于半导体基板10的厚度 的0.5倍，且不大于0.9倍。在形成第一接触孔CH1的步骤中，还同时形成绝热开口(第三开口 )IH, 从半导体基板IO的与有源表面相反侧的表面朝着光电转换电路11和周边电 路12之间的区域形成该开口到沿着半导体基板10的深度的某一位置。该绝热开口 IH的几何形状例如直径和深度制造成基本上与该第一接触 孔CHl相等，然后，如图5B所示，例如，通过CVD (化学气相沉积)法，沉积氧化 硅的厚度范围为几百纳米到几微米以覆盖第一接触孔CH1和绝热开口 IH的 侧壁表面，由此形成绝缘层20。然后，如图6A所示，例如，通过各向异性干蚀刻工艺例如RIE去除第 一接触孔CH1和绝热开口 IH的底部表面上的绝缘层。然后，如图6B所示，例如，通过辐射激光束例如YAG激光器的四次谐 波(266nm)或者ArF受激准分子激光器，形成直径小于第一接触孔CH1 的直径的第二接触孔CH2,.使得其从第一接触孔CH1的底部表面到达焊盘 电极13。例如，通过采用YAG激光器的四次谐波(266nm),可以形成直径不大 于10pm的开口 。这里，第二接触孔CH2的直径设定成优选不大于第一接触孔CH1的直 径的0.7倍，或者更优选不大于0.5倍。此外，在第一接触孔CH1深度的优选范围的基础上，第二接触孔深度 的优选范围是大于半导体基板10的厚度的0.1倍，而小于其0.5倍。具体地 讲，考虑到打开第一接触孔CH1的步骤期间的平面加工上3-5%的变化，对 于200)am厚的半导体基板，约10 fim的余量是必要的，并且因此第二接触 孔CH2的深度优选不小于10|tim。在绝热开口IH中，不用激光束形成接触孔。然后，如图7A所示，例如，通过CVD法在第二接触孔CH2的侧壁表 面和绝热开口 IH的侧壁表面上形成氧化硅膜来形成绝缘层20，并且使得在第一接触孔CH1和绝热开口 IH的侧壁表面部分上的绝缘层20更厚。通过该步骤，可以形成绝缘层20,使得覆盖该第一接触孔CH1的侧壁表面的部分制作成比覆盖第二接触孔CH2的侧壁表面的部分厚。其后，与从第一接触孔CH1和绝热开口 IH的底部表面去除绝缘层时相类似，通过采用各向异性干蚀刻工艺例如RIE等，从第二接触孔CH2的底部表面去除绝缘膜，由此暴露形成在有源表面上的焊盘电极13。然后，如图7B所示，例如，通过铜溅射形成铜4予层和以及铜的电镀工艺等，在绝缘层20的内侧上至少覆盖绝缘层20的内壁表面和第二接触孔CH2的底部表面，由此形成由铜制造的传导层21。此时，由铜制造的传导层21形成在绝缘层20的内侧上，与绝热开口 IH的情况相类似。然后，如图8A所示，例如，通过光刻工艺形成具有预定图案的抗蚀剂 膜(未示出)，以通过采用已知的蚀刻法等图案化传导层21，由此在半导体 基板10的与有源表面相反侧的表面上形成延伸到开口外部的引线电极。此时，还在绝热开口 IH中类似地图案化传导层21。然后，形成保护膜22，例如阻焊剂，用于覆盖相对半导体基板10的有 源表面的表面，并且用于嵌镶第一接触孔CH1、第二接触孔CH2和绝热开 口 IH。开口形成在保护膜22中，以便在外连接端子形成区域暴露传导层21。这里，保护膜22在绝热开口 IH中起热绝缘体的作用。在保护膜中，采用相同的绝缘材料，以形成用于填充第一接触孔CH1、 第二接触孔CH2和绝热开口 IH的部分和用于覆盖半导体基板10的与有源 表面相反侧的表面。然而，另外还可以采用不同的绝缘材料形成这些部分。在此情况下，采用绝热材料至少嵌镶绝热开口 IH。然后，如图8B所示，例如，外连接端子23例如焊球或者金柱凸起形成 在保护膜22的开口处。在上述方法中，可以形成根据本实施例的半导体器件。作为随后的步骤，例如，在晶片上执行该加工时，进行切割，以将晶片 切成小的芯片。根据本实施例的半导体器件的制造方法，绝热开口 (第三开口)IH从 半导体基板的与有源表面相反侧的表面沿着半导体基板的深度形成到某一 位置，并且用作热绝缘体的保护膜22通过在绝热开口 IH中嵌镶形成，由此抑制了例如从周边电路(第二电子电路)12到光电转换电路(第一电子电路) 11的热传导，并且因此减少了固态成像元件的像素部分上的热梯度。此外，通过形成第 一接触孔和直径小于第 一接触孔的直径的第二接触孔 成为通孔，由嵌镶在通孔中的传导层和基板或焊盘电极之间的热膨胀系数差 引起的裂缝和剥皮可以得到抑制。近些年，存在对更低功耗和高速处理的半导体器件的需求，并且也存在 对其通孔中更低寄生电容的需求。通过使在通孔侧壁上形成的导电材料和硅 基板之间形成的绝缘层变厚，可以减少通孔中的寄生电容。用于保持与硅绝缘的绝缘材料(例如，氧化硅)典型地由CVD法等形成，以保持覆盖的均匀性。然而，如果使绝缘层变厚来取得更低的电容，则存在需要更多时间的问题，并且因此TAT变长。此外，在相关技术中开口的几何形状是锥形的， 则存在另外的问题，较厚的绝缘层使得靠近通孔底部的传导层的嵌镶质量变 坏。在本实施例的半导体器件中，绝缘膜形成两次，从而可以易于形成厚的 绝缘膜。此外，只有对于具有大直径的第一接触孔增加了绝缘层的厚度，并 且第二孔的绝缘层可以形成很薄，由此使得能够防止传导层的嵌镶质量变 坏。此外，如果在^f企测期间留在焊盘电极上的^^笨针痕迹叠加在通孔形成区域 上，则或许会产生焊盘腐蚀的不便。然而，在本实施例中，到达焊盘的第二 接触孔的通孔实际上可以通过激光辐射形成得很小，由此通过绕过探针痕迹 使得通孔以高精度形成。此外，为了通孔的小型化，当平衡对准精度时，存在通孔错位的问题， 在整个晶片上减少产量是可能的，这是因为，通孔从器件的后表面到用于接 触的连接焊盘形成。因为这个原因，存在小型化连接焊盘的困难，这不利于 器件尺寸的减少。然而，在本实施例中，通过实际形成到达焊盘电极的第二 接触孔，通孔由激光辐射形成很小，即使在第一接触孔CH1没有与焊盘电 极13对准时，只要它们在一定的范围内重叠，则第二接触孔可以以高精度 形成。结果，焊盘电极可以减小尺寸，由此实现器件尺寸的减小。第二实施例图9是根据本实施例的半导体器件的主要部分的放大示意性截面图。 在根据本实施例的半导体器件中，例如，从半导体基板10的与有源表面相反侧的表面朝着周边电路12区域形成热辐射开口 DH作为第三开口， 取代第一实施例中的绝热开口。绝缘层20和传导层21形成在热辐射开口 DH的内壁表面上，并且保护膜22通过嵌镶其内部部分形成。热辐射开口 DH优选具有约等于第一接触孔CH1的直径和深度，从而 热辐射开口 DH可以与第一接触孔同时形成。除了上述之外，根据第二实施例的半导体器件的构造与根据第 一 实施例 的半导体器件相类似。图10是用于图示根据本实施例的半导体器件运行期间的热传导状态的 示意图。在该构造中,形成在热辐射开口 DH的内壁表面上的传导层21是起导 热层作用的层。这里，导热材料可以包括铜、镍或金。热辐射开口 (第三开口 ) DH从对应于半导体基板的有源表面的表面沿 着半导体基板的深度形成到某一位置，并且用作导热层的传导层21形成在 热辐射开口 DH的内壁表面上。热辐射开口 DH的部分起散热的作用。因此， 周边电路(第二电子电路)12上产生的热T朝着半导体基板10的后表面侧 有效散发，由此抑制到光电转换电路(第一电子电路)11的热传导，并且因 此使得固态成像元件中像素部分上的热梯度减少。在本实施例的半导体器件中，在热辐射开口 (第三开口)DH中起热传 导层作用的传导层21优选延伸直到半导体基板10的后表面，并且考虑到提 高散热特性也可以连接到外连接端子等。第三实施例图11是根据本实施例的半导体器件的主要部分的放大示意性截面图。 在根据本实施例的半导体器件中，除了第一实施例中的绝热开口外，例 如，热辐射开口 DH作为第四开口从半导体基板10的与有源表面相反侧的 表面朝着周边电路12区域形成，如第二实施例所示。绝缘层20和传导层21 形成在热辐射开口 DH的内壁表面上，并且保护膜22通过嵌镶其内侧而形 成。绝热开口 IH和热辐射开口 DH优选分别具有约等于第一接触孔CH1的 直径和深度。结果，绝热开口 IH和热辐射开口 DH可以与第一接触孔同时形成。除了上述之外，根据本实施例的半导体器件的构造与根据第 一实施例的半导体器件相类似。图12是用于图示根据本实施例的半导体器件运行期间的热传导状态的 示意图。绝热开口 (第三开口 ) ih从半导体基板的与有源表面相反侧的表面沿着半导体基板的深度形成到某一位置，并且形成嵌镶在绝热开口 ih中用作 热绝缘体的保护膜22，以提供具有阻挡热传导作用的绝热开口 ih的部分。此外，热辐射开口 (第四开口 ) dh从半导体基板的与有源表面相反侧 的表面沿着半导体基板的深度形成到某一位置，并且用作导热层的传导层21 形成在热辐射开口 dh的内壁表面上，以朝着半导体基板10的后表面侧散 发周边电路(第二电子电路)12产生的热量t。因此，抑制了周边电路(第二电子电路)12产生的热量t传导到光电 转换电路(第一电子电路)11,从而可以进一步减小固态成像元件中像素部 分上的热梯度。在根据本实施例的半导体器件中，在热辐射开口 (第四开口)dh中起 导热层作用的传导层21优选延伸直到半导体基板10的后表面侧，并且考虑 到提高散热特性也可以连接到外连接端子。在本实施例中，在所示的状态中， 热辐射开口中的传导层与从第一接触孔ch1延伸出来的传导层一体化。第四实施例图13是根据第四实施例的半导体器件的截面图。例如，通过经由具有例如存储元件等形成于其上的存储基板30的布线 31上的凸点安装，或者通过安装到其它安装板上的布线而成模块，使用根据 第一至第三实施的半导体器件。在附图中，示出了根据本发明第一实施例的 半导体器件。除了该构造，根据本发明第一实施例的半导体器件可以用来安装在各种 安装板和半导体基板上。根据本发明每个实施例的半导体器件，可以实现下面的优点。 绝热开口 ih从半导体基板的与有源表面相反侧的表面沿着半导体基板 的深度形成到某一位置，并且用作热绝缘体的保护膜22通过嵌镶在隔热开 口ih中形成，由此抑制了周边电路(第二电子电路)12产生的热量t传导 到光电转换电路(第一电子电路)11。作为选择，导热层形成在热辐射开口 dh中，并且因此来自周边电路(第二电子电路)的热量散发到相对于半导体基板的一侧，从而可以减小光电转换电路(第一电子电路)中的热梯度。 此外，在根据本发明每个实施例的半导体器件中，通过使与焊盘电极接触的开口 (第二接触孔)的直径小，可以减小形成在开口中的传导层的热膨胀的影响成为可能，由此允许实现高可靠性。此外，除了与焊盘电极接触的部分外，形成具有较大直径的第一接触孔，从而可以缩短用于形成通孔的TAT。另外，该构造甚至对厚的晶片也是适用的，由此允许提高可操作性能。此外，与焊盘电极接触通过较小直径的第二接触孔实现，由此改善了通孔与焊盘电极对准上的自由度。另外，通孔可以通过绕过半导体晶片检测期间的探针痕迹而形成，由此而改善通孔的产量。此外，通过形成较小直径的第二接触孔，可以实现焊盘电极的尺寸减小。 此外，第一接触孔的侧壁表面上的绝缘层制作成比第二接触孔的厚，减小了开口中的传导层与半导体基板之间的寄生电容。本发明不限于这些实施例。例如，本发明不仅可适用于通过气密密封固态成像装置例如CMOS成 像传感器而封装的半导体器件，而且也适用于其中气密密封一些其它电子元 件的半导体器件。此外，本发明不限于具有气密密封一些其它电子元件的构造的半导体器 件，而且包括具有布线穿过基板的半导体器件。另外，在不脱离本发明要旨的情况下，本发明可以以各种方式修改。体器件，例如气密密封固态成像器件等的封装半导体器件。根据本发明实施例的半导体器件的制造方法可适用于具有布线穿过其 中气密密封固态成像器件等的封装半导体器件基板的半导体器件的制造方 法。本领域的技术人员应当理解的是，在如权利要求或者其等同特征的范围 内，根据设计需要和其他因素，可以对其进行各种修改、结合、部分结合和 替换。本文件包含2007年5月16日提交日本专利局的日本专利申请 No.2007-130354的相关主题，将其全部内容引用结合于此。
权利要求
1、一种半导体器件，包括半导体基板，具有形成在有源表面上的第一电子电路和第二电子电路，该第二电子电路具有与该第一电子电路不同的运行期间发热密度；焊盘电极，通过连接到该第一电子电路和/或该第二电子电路而形成在该有源表面上；第一开口，从该半导体基板的与该有源表面相反侧的表面朝着该焊盘电极沿着该半导体基板的深度形成到某一位置；第二开口，形成为从该第一开口的底部表面到达该焊盘电极，该第二开口的直径比该第一开口的直径小；绝缘层，通过覆盖该第一开口和该第二开口的侧壁表面形成；传导层，通过至少覆盖该绝缘层的内壁表面和该第二开口的底部表面形成在该绝缘层的内侧上；第三开口，从该半导体基板的与该有源表面相反侧的表面沿着该半导体基板的深度形成到某一位置；以及热绝缘体，嵌镶在该第三开口中。
2、 根据权利要求1所述的半导体器件，其中该第三开口从该半导体基板的与该有源表面相反侧的该表面朝着该第 一电子电路与该第二电子电路之间的区域形成。
3、 根据权利要求l所述的半导体器件，其中该第 一开口和该第三开口形成为具有基本上相等的深度。
4、 根据权利要求1所述的半导体器件，还包括第四开口 ，从该半导体基板的与该有源表面相反侧的该表面沿着该半导 体基板的深度形成到某一位置；以及 导热层，形成在该第四开口之内。
5、 根据权利要求4所述的半导体器件，其中该第四开口从该半导体基板的与该有源表面相反侧的表面朝着该第二 电子电路形成。
6、 根据权利要求4所述的半导体器件，其中 该第一开口和该第四开口形成为具有基本上相等的深度。
7、 根据权利要求1所述的半导体器件，还包括 封装基板，面对该半导体基板的该有源表面设置；以及 密封树脂层，形成在该半导体基板上的该第一电子电路的周边部分与该封装基板之间的间隙中，以气密密封该第一电子电路。
8、 根据权利要求1所述的半导体器件，其中 该第一电子电路是光电转换电路。
9、 一种半导体器件，包括半导体基板，具有形成在有源表面上的第一电子电^4。第二电子电路， 该第二电子电路具有与该第一电子电路不同的运行期间发热密度；焊盘电极，通过连接到该第一电子电路和/或该第二电子电路而形成在该 有源表面上；第一开口 ，从该半导体基板的与该有源表面相反侧的表面朝着该焊盘电 极沿着该半导体基板的深度形成到某 一位置；第二开口，形成为从该第一开口的底部表面到达该焊盘电极，并且具有 比该第 一开口的直径小的直径；绝缘层，通过覆盖该第一开口和该第二开口的侧壁表面形成；传导层，通过至少覆盖该绝缘层的内壁表面和该第二开口的底部表面形 成在该绝缘层的内侧上；第三开口 ，从该半导体基板的与该有源表面相反侧的表面沿着该半导体基板的深度形成到某一位置；以及 导热层，形成在该第三开口之内。
10、 根据权利要求9所述的半导体器件，其中该第三开口从该半导体基板的与该有源表面相反侧的表面朝着该第二 电子电路形成。
11、 根据权利要求9所述的半导体器件，其中 该第一开口和该第三开口形成为具有基本上相等的深度。
12、 根据权利要求9所述的半导体器件，还包括 封装基板，面对该半导体基板的该有源表面设置；和密封树脂层，形成在该半导体基板上的该第一电子电路的周边部分与该 封装基板之间的间隙中，以便气密密封该第一电子电路。
13、 根据权利要求9所述的半导体器件，其中该第一电子电路是光电转换电路。
14、 一种半导体器件的制造方法，包括如下的步骤 在半导体基板的有源表面上形成第一电子电路和第二电子电路，该第二电子电路具有不同于该第一电子电路的运行期间发热密度，并且通过连接到 该第 一 电子电路和/或该第二电子电路在该有源表面上形成焊盘电极；从该半导体基板的与该有源表面相反侧的表面朝着该焊盘电极形成第 一开口到沿着该半导体基板深度的某一位置；形成直径小于该第一开口的直径的第二开口以从该第一开口的底部表 面到达该焊盘电极；通过覆盖该第一开口和该第二开口的侧壁表面形成绝缘层；通过在该绝缘层的内侧上至少覆盖该绝缘层的内壁表面和该第二开口 的底部表面形成传导层；从该半导体基板的与该有源表面相反侧的表面形成第三开口到沿着该 半导体基板深度的某一位置；以及通过在该第三开口中嵌镶形成热绝缘体。
15、 根据权利要求14所述的半导体器件的制造方法，其中 该第三开口在形成该第 一 开口的步骤中同时形成。
16、 根据权利要求14所述的半导体器件的制造方法，其中在形成该第三开口的步骤中，该第三开口从该半导体基板的与该有源表 面相反侧的表面朝着该第一电子电路与该第二电子电路之间的区域形成。
17、 根据权利要求14所述的半导体器件的制造方法，其中 该第 一开口和该第三开口形成为具有基本上相等的深度。
18、 根据权利要求14所述的半导体器件的制造方法，还包括如下的步骤从该半导体基板的与该有源表面相反侧的表面形成第四开口到沿着该半导体基板深度的某一位置；以及 在该第四开口之内形成导热层。
19、 根据权利要求18所述的半导体器件的制造方法，其中 在形成该第四开口的步骤中，该第四开口从该半导体基板的与该有源表面相反侧的表面朝着该第二电子电路形成。
20、 根据权利要求18所述的半导体器件的制造方法，其中该第一开口和该第四开口形成为具有基本上相等的深度。
21、 一种半导体器件的制造方法，包括如下的步骤 在半导体基板的有源表面上形成第一电子电路和第二电子电路，该第二电子电路具有不同于该第一电子电路的运行期间发热密度，并且通过连接到 该第一电子电路和/或该第二电子电路在该有源表面上形成焊盘电极；从该半导体基板的与该有源表面相反侧的表面朝着该焊盘电极形成第一开口到沿着该半导体基板深度的某一位置；形成直径小于该第 一开口的直径的第二开口以从该第 一开口的底部表 面到达该焊盘电极；通过覆盖该第一开口和该第二开口的侧壁表面形成绝缘层；通过在该绝缘层的内侧上至少覆盖该绝缘层的内壁表面和该第二开口 的底部表面形成传导层；从该半导体基板的与该有源表面相反侧的表面形成第三开口到沿着该半导体基板深度的某一位置；以及 在该第三开口之内形成导热层。
22、 根据权利要求21所述的半导体器件的制造方法，其中该第三开口在形成该第 一 开口的步骤中同时形成。
23、 根据权利要求21所述的半导体器件的制造方.法，其中在该第三开口的形成步骤中，该第三开口从该半导体基板的与有源表面 相反侧的表面朝着该第二电子电路形成。
24、 根据权利要求21所述的半导体器件的制造方法，其中 该第一开口和该第三开口形成为具有基本上相等的深度。
全文摘要
本发明提供半导体器件及其制造方法。该半导体器件包括半导体基板，具有形成在有源表面上的第一电子电路和第二电子电路；焊盘电极，通过连接到第一电子电路和/或第二电子电路形成在有源表面上；第一开口，从半导体基板的与有源表面的相反侧的表面朝着焊盘电极沿着半导体基板的深度形成到某一位置；第二开口，形成为从第一开口的底部表面到达焊盘电极；绝缘层，通过覆盖第一开口和第二开口的侧壁表面形成；传导层，通过至少覆盖绝缘层的内壁表面和第二开口的底部表面而形成；第三开口，从半导体基板的与有源表面相反侧的表面沿着半导体基板的深度形成到某一位置；以及热绝缘体，嵌镶在第三开口中。
文档编号H01L21/50GK101308845SQ20081010020
公开日2008年11月19日 申请日期2008年5月16日 优先权日2007年5月16日
发明者森本明大, 波多野正喜, 浅见博, 锅义博 申请人:索尼株式会社