CN102386198A - 制造光学传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种制造光学传感器的方法，该方法包括以下步骤：提供具有多个像素区域的半导体晶片；在半导体晶片上形成包围每个像素区域的网格状肋，所述网格状肋具有预定宽度并由固定构件形成；提供透光衬底，在该透光衬底的主表面上具有间隙部分，所述间隙部分具有宽度小于网格状肋的沟槽和多个通孔中的至少一种；固定半导体晶片和透光衬底，以使得网格状肋和间隙部分彼此面对；和将固定的半导体晶片和透光衬底切割为片，以使得每片包括一个像素区域。
Description
技术领域
本发明涉及一种制造光学传感器的方法。
背景技术
通过晶片级芯片尺寸封装(WLCSP)工艺制造的光学传感器是已知的。通过WLCSP工艺制造的光学传感器通过下述方式获得，即，将包括图像拾取器件的晶片状态半导体衬底和透光衬底固定在一起，并将固定的衬底分割为各个芯片。日本专利公开No.2006-147864公开了一种有助于减小光学传感器的尺寸的制造晶片级芯片尺寸封装(WLCSP)的结构和方法。
日本专利公开No.2010-056319公开了这样一种方法，即，在切片部分与图像拾取器件之间的树脂层中形成大约150μm的沟槽，以减小由于线膨胀系数的差异而导致的晶片级的WLCSP的翘曲，并减小晶片被分割为片之后的翘曲。
在上述制造光学传感器的方法中，用固定构件将半导体晶片和透光衬底彼此固定。然而，难以抑制在晶片和衬底被固定之后在固定构件与透光衬底之间产生的气泡。气泡降低了当在后面的步骤中被加热时接合表面的接合强度，并且由于半导体晶片和透光构件的分离，所以降低了产量。此外，即使在一体化的晶片和衬底被分割为片之后，也由于余留在粘接剂层与玻璃衬底之间的气泡降低了半导体器件的气密性，所以半导体器件的可靠性降低。
发明内容
一种制造光学传感器的方法，包括以下步骤：提供具有多个像素区域的半导体晶片；在半导体晶片上形成包围每个像素区域的网格状肋，所述网格状肋由固定构件形成；提供在主表面上具有间隙部分的透光衬底，所述间隙部分具有宽度比网格状肋小的沟槽和多个通孔中的至少一种；固定半导体晶片和透光衬底，以使得网格状肋和间隙部分彼此面对；和将固定的半导体晶片和透光衬底切割为片，以使得每片包括一个像素区域。
从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清楚。
附图说明
图1A至1D是显示根据第一实施例的制造光学传感器的工艺的截面图。
图2A至2D是显示根据第一实施例的制造光学传感器的工艺的截面图。
图3是根据第一实施例的设置在半导体晶片上的固定构件的平面图。
图4是根据第一实施例的设在透光衬底中的网格状沟槽的平面图。
图5是根据第一实施例的由通过固定构件彼此固定的透光衬底和半导体晶片形成的叠层体的平面图。
图6A和6B分别是图1D中的部分VIA和部分VIB的放大图，这些放大图显示根据第一实施例的透光衬底和半导体晶片通过固定构件彼此固定的部分的截面。
图7A至7C显示比较示例，该比较示例显示透光衬底和半导体晶片通过固定构件彼此固定的部分的截面。
图8A至8C显示比较示例，该比较示例显示透光衬底和半导体晶片通过固定构件彼此固定的部分的截面。
图9A和9B分别是根据第二实施例的由通过固定构件彼此固定的透光衬底和半导体晶片形成的叠层体的平面图和截面图。
具体实施方式
在本发明中，为了在用于将透光衬底固定到半导体晶片的固定构件中提供气流通路，将半导体晶片固定到透光衬底，以使得形成在固定构件上的网格状肋和形成在透光衬底上的网格状间隙部分彼此面对。透光衬底的间隙部分包括网格状沟槽和以网格状方式布置的多个通孔中的至少一个。
将参照图1A至9B对本发明的实施例进行描述。
第一实施例
将参照图1A和1B对根据本发明的第一实施例的制造光学传感器的方法进行描述。
首先，制备半导体晶片1(图1A)，半导体晶片1是其上形成有多个像素区域2的单晶硅衬底。通过使用常规的半导体器件制造工艺在像素区域2中形成光检测器和晶体管。像素区域最终构成单个光学传感器。在半导体晶片1的最上表面上形成微透镜3。在半导体1与微透镜3之间设置布线层(未显示)。
接着，在半导体晶片上设置用作网格状肋的固定构件4(图1B)。设置固定构件4，以便通过使用下述方法用网格状肋包围每个像素区域2，在所述方法中，用作粘接剂的感光树脂层被形成并构图。作为设置固定构件4的方法，可使用涂覆UV可固化的或另一种热可固化的液体粘接剂的方法。固定构件4由有机材料制成。具体地讲，固定构件4是粘接材料或化合物，例如UV可固化液体粘接剂、热固性液体粘接剂和由感光膜制成的片材粘接剂等。图3是设置在半导体晶片1上的固定构件4的平面图。设置固定构件4，以便包围设有像素区域2和微透镜3的区域。固定构件4上的网格状肋的宽度W1优选为从1.0mm到2.0mm，以确保切片之后的光学传感器的可靠性(以下描述)和尺寸的减小。
接着，制备透光衬底5(图1C)，该透光衬底5具有基本上与半导体晶片1相同的尺寸，并在一个表面中具有网格状沟槽。图4是设在透光衬底5中的网格状沟槽6的平面图。这里，当固定构件4与半导体晶片1一体化时围绕与固定构件4接触的网格状区域的部分(即，透光衬底5的围绕与像素区域2对应的区域的部分)被称为“间隙部分”。在间隙部分内部设置沟槽6。设在透光衬底5中的网格状沟槽6的宽度W2优选为设置在半导体晶片1上的固定构件4上的网格状肋的宽度W1的30％到50％。透光衬底5是厚度为例如300μm的玻璃衬底。沟槽6的深度优选为透光衬底5的厚度的50％或更小，更优选地，20％或更小，以确保透光衬底5的刚度。形成网格的沟槽延伸到透光衬底的边缘。透光衬底5可由玻璃或晶体制成。为了减小翘曲，透光衬底5的线膨胀系数应该接近于构成半导体晶片1的硅的线膨胀系数。例如，可使用硼硅酸盐玻璃，例如PYREX(注册商标)和TEMPAX(注册商标)。
接着，通过固定构件4将透光衬底5和半导体晶片1彼此接合，以使得透光衬底5的在其中形成网格状沟槽的表面(主表面)和半导体晶片1彼此面对(图1D)。图5是由通过固定构件4彼此固定的透光衬底5和半导体晶片1形成的叠层体的平面图。在这个叠层体中，用实线指示的沟槽设置在以网格状方式布置的固定构件4的区域中，并且沟槽在宽度方向上基本上设置在固定构件4的中间。
图6A和6B是用图1D中的VIA、VIB表示的部分的放大截面图。在透光衬底5被按压抵靠固定构件4的接合面的同时，透光衬底5被加热和固化，从而被牢固地接合。如图6A所示，由于固定构件4，而导致透光衬底5通过被按压而在变形状态下与固定构件4接合。如图6B所示，在按压消除并且透光衬底5返回到原始状态之后，沟槽6用作与外部连通的气流通路。因此，在固定构件4与透光衬底5之间没有产生气泡。
将参照图7A至7C对固定构件4与没有沟槽6的透光衬底15之间的接合部分进行描述。图7A显示通过固定构件4将平坦的透光衬底15和半导体晶片1彼此固定。图7B是用图7A中的VIIB表示的部分的放大截面图，该截面图显示透光衬底15被按压抵靠并固定到固定构件4的接合面。与图6A类似，由于固定构件4，而使透光衬底15变形。与图6A不同，透光衬底15通过透光衬底15与固定构件4之间的空间而接合到固定构件4。在按压被消除并且透光衬底15返回到原始状态之后，如图7C所示，由于不存在允许所述间隔中的空气逸出外部的气流通路，所以在固定构件4与透光衬底15之间产生气泡。气泡通过在后面的穿透电极形成步骤中的热处理而膨胀。此外，从粘接剂中的熔剂或水分产生气体，减小了接合面积，并引起了分离。这降低了光学传感器的产量和可靠性。
将参照图8A至8C对固定构件4与没有沟槽的透光衬底15之间的接合部分的另一个示例进行描述。图8A显示通过固定构件4而彼此固定的平坦透光衬底15和半导体晶片1，该固定构件4被分割以使得在切片部分中形成间隔G。图8B是用图8A中的VIIIB表示的部分的放大截面图，该截面图显示透光衬底15被按压抵靠并固定到固定构件4的接合面。与图6A类似，由于固定构件4，而使透光衬底15变形。虽然两个固定构件4之间的距离大约为150μm，但是与图7B类似，透光衬底15和固定构件4通过透光衬底15与固定构件4之间的空间彼此接合。在按压被消除并且透光衬底15返回到原始状态之后，如图8C所示，由于不存在允许所述间隔中的空气逸出外部的气流通路，所以在固定构件4与透光衬底15之间产生气泡。因此，与图7中所示的结构类似，这降低了光学传感器的产量和可靠性。
因此，通过如在本发明中那样在透光衬底中形成网格状沟槽，可减少在透光衬底与固定构件之间产生的气泡。因此，可提高光学传感器的产量和可靠性。将对后面的步骤进行描述。
接着，减小半导体晶片1的厚度，在半导体晶片1上形成穿透电极，并在半导体晶片1的与透光衬底相对的表面上形成布线和连接端子(图2A)。通过背磨、化学机械抛光(CMP)和蚀刻中的至少一种来减小半导体晶片1的厚度。将处理之前厚度为700μm的半导体晶片1的厚度减小到75μm。将半导体晶片1的厚度减小到大约100μm使得穿透电极8的形成容易。首先，为了在形成在半导体晶片表面上的多层布线部分(未显示)中提供开口，在半导体晶片1上执行蚀刻，以提供通孔。然后，形成绝缘膜7，例如硅氧化物膜。对通孔中的绝缘膜7进行蚀刻，以提供开口，然后例如用Cu对开口进行电镀，以形成穿透电极8。在半导体晶片1的与透光衬底相对的表面(背面)上形成布线9。然后，通过用作绝缘构件10的焊料抗蚀剂覆盖半导体晶片1的背面，在布线9上提供开口，然后通过回流形成用作连接端子11的焊接球。在形成穿透电极的步骤中，使由半导体晶片1和透光衬底5形成的叠层体经受热处理期间的大约200℃的温度，由于用作固定构件4的粘接剂中含有的熔剂或水分而导致产生气体。然而，由于产生的气体可通过气流通路排出到外部，所以接合面不分离(图2B)。
接着，将固定的半导体晶片1和透光衬底5切割成片，以使得每个片包括一个像素区域(图2C)。标号12指示切割位置。从刀片切片、激光切片等选择切割方法。由于激光切片适合用于切割变薄的半导体晶片，它可减小切割宽度，并且它可防止毛口发生在切割部分，所以激光切片是合适的方法。通过使切片宽度比沟槽6的宽度窄，可简化所述工艺。当使用切片刀片时，减小施加于刀片的载荷。由于这延长了刀片的寿命，所以可延长替换刮刀的周期，这有助于提高生产效率。通过激光切片，可减少处理时间。
通过执行完上述步骤，制作出光学传感器(图2D)。光学传感器的示例包括CCD图像传感器和CMOS图像传感器。
如上所述，本实施例抑制覆盖构件与用于固定半导体晶片和覆盖构件的固定构件之间的气泡。因此，可制造可靠的光学传感器。
第二实施例
图9A和9B是根据本发明的第二实施例的由透光衬底和半导体晶片形成的叠层体的平面图和截面图。
第二实施例与第一实施例的不同之处在于透光衬底具有通孔，而不是沟槽部分。由于除了透光衬底的结构之外制造工艺与根据第一实施例的制造工艺相同，所以将省略详细描述。在图9A和9B中，用相同的标号表示与根据第一实施例的结构相同的结构。以下将主要对透光衬底的结构进行描述。
如图9A和9B所示，通孔16设在透光衬底25中的与以网格状方式布置的固定构件4对应的区域(即，间隙部分)中。通过该结构，固定构件4的表面通过用作气流通路的通孔16与外部连通。因此，可通过用作气流通路的通孔16将透光构件25与固定构件4之间可能产生的气体释放到外部。网格状固定构件4的宽度优选为从1.0mm到2.0mm，与沟槽部分类似，通孔16的直径W2优选为网格状肋的宽度的30％到50％。
通过具有通孔的透光衬底25，与如在第一实施例中那样提供水平方向上连续的沟槽部分的情况相比，可抑制透光衬底25的抗弯刚度的降低。因此，可在不增加透光衬底的厚度的情况下保持作为当通过背磨将半导体晶片1打薄时的支承件的功能。通过提供根据第一实施例的沟槽部分和根据本实施例的通孔，可提高将气体排出到外部的效率。
如上所述，同样通过本实施例，可抑制覆盖构件与用于固定半导体晶片1和覆盖构件的固定构件之间的气泡。因此，可制造可靠的光学传感器。
虽然在第一实施例中以网格状方式提供连续沟槽，但是沟槽可包含一些间断部分。另外，沟槽没有必要必须具有V形，并且通孔没有必要必须在平面图中具有圆形。可以以混合方式提供沟槽和通孔，并可组合利用实施例。虽然上述肋具有网格状构造，但是如果像素区域不是矩形，则上述肋可具有任意形状，只要它包围像素区域即可。
尽管已参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应理解本发明不限于所公开的示例性实施例。将给予权利要求的范围以最广泛的解释，以涵盖所有这样的修改以及等同的结构和功能。
Claims (6)
1.一种制造光学传感器的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有多个像素区域的半导体晶片；
在半导体晶片上形成包围每个像素区域的网格状肋，所述网格状肋具有预定宽度并由固定构件形成；
提供透光衬底，在所述透光衬底的主表面上具有间隙部分，所述间隙部分具有宽度比网格状肋的宽度小的沟槽和直径比网格状肋的宽度小的多个通孔中的至少一种；
固定半导体晶片和透光衬底，以使得网格状肋和间隙部分彼此面对；和
将固定的半导体晶片和透光衬底切割为片，以使得每片包括一个像素区域。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在固定半导体晶片和透光衬底的步骤之后且在将固定的半导体晶片和透光衬底切割为片的步骤之前，在半导体晶片中形成穿透电极并在半导体晶片的与透光衬底相对的表面上形成布线和连接端子的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述固定构件上的网格状肋的宽度为从1.0mm到2.0mm，设在透光衬底中的沟槽的宽度或者所述多个通孔的直径为网格状肋的宽度的30％到50％。
4.根据权利要求1所述的方法，
其中，所述沟槽和所述多个通孔以网格状方式布置，所述沟槽和所述多个通孔中的至少一种设置在所述间隙部分中。
5.根据权利要求4所述的方法，
其中，在将固定的半导体晶片和透光衬底切割为片的步骤中，沿着设在透光衬底中的所述沟槽和所述多个通孔中的至少一种执行切片。
6.根据权利要求5所述的方法，
其中，所述提供透光衬底的步骤包括提供具有沟槽的透光衬底的步骤，并且在将固定的半导体晶片和透光衬底切割为片的步骤中，切片宽度比沟槽的宽度小。
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