CN1607672A - 半导体制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半导体制造方法，结合一阻断层的工艺于半导体的前段工艺中。其中，阻断层可直接形成于微透镜的曲面上，或先形成于一保护层于微透镜上，之后再覆盖一阻断层于保护层的表面上。因此，最后所形成的光感测模块其体积可达到最小化，并且可使封装工艺一贯作业，故可节省封装的时间与成本，更可避免切割所造成的微粒污染。

Description

半导体制造方法

技术领域

本发明涉及一种半导体元件，且特别是有关于一种光感测元件的结构及其制造方法。

背景技术

半导体工业是近年来发展速度最快的高科技工业之一，随着电子技术的日新月异，高科技电子产业的相继问世，使得更人性化、功能更佳的电子产品不断地推陈出新。

就半导体元件的前段工艺而言，整个制作将使用至少五道掩模，分别用来定义出有源区、栅极结构、金属层与源极/漏极接触窗、金属内连线的线路图案以及焊接垫(bonding pad)窗口。此外，光感测元件(photosensitive device)的制作，在源极以及漏极的离子注入之后，多加一道定义照光区域(illumination area)的掩模，而投射至照光区域的光二极管阵列(photo diodearray)之中的光能，将可转换成电信号并撷取成影像信号。最为人所熟知的光感测元件，例如电荷耦合元件(CCD)、互补式金属氧化物半导体(CMOS)元件。

图1显示现有一种光感测元件的封装结构的示意图。在半导体的后段工艺中，以模块化的方式，将光感测元件之类的半导体元件100(或芯片)切割并封装至基板、导线架或其它类型的承载器110上，最后再藉由印刷电路板120或其它印刷线路，例如软式印刷电路板加以电性连接，以构成一光感测模块或影像感测模块。此外，光感测模块的分辨率愈高，表示所定义的照光区域愈大，且照光区域内部的光二极管阵列(未显示)的密度也愈高。

值得注意的是，现有光感测元件于封装完成之后，必须先将一镜头130组装于光感测模块上，以增加光通量，并配置一红外线阻断层(IR CuttingFilm)140于镜头与光感测模块之间，用来阻断非可见光的照射，而镜头130以及红外线阻断层140必须以一固定架(Holder)150加以固定，因此其组装后的体积非常的大。此外，在模块化的过程中，其后段工艺常因切割所产生的微粒或封装环境的微粒过多而降低光感测模块的合格率。此外，镜头130与红外线阻断层140的封装作业无法在后段工艺中一贯完成，同样也降低封装的效率。

发明内容

因此，本发明的目的就是在提供一种半导体制造方法，将红外线阻断层的制造方法结合于半导体的前段工艺中，以提高光感测模块的制造品质。

本发明的另一目的是提供一种光感测模块，用来简化光感测模块的封装工艺，并缩小光感测模块的体积。

为达本发明的上述目的，本发明提出一种半导体制造方法，首先提供一晶片，而晶片至少具有一有源元件以及一光二极管阵列，分别位于晶片的有源层上，且晶片的表面还具有一金属内连线层，分别与有源元件以及光二极管阵列的栅极相电连接，此外，晶片的表面还具有一照光区域，位于该光二极管阵列的上方。接着，形成至少一微透镜于晶片的照光区域上，之后再形成一阻断层于微透镜上。

为达本发明的上述目的，本发明提出一种光感测模块，主要由一衬底、一有源层、一金属内连线层、至少一微透镜以及一阻断层所构成。有源层配置于该衬底上，该有源层至少具有一有源元件以及一光二极管阵列，而光二极管阵列与有源元件以金属内连线层而相电连接。此外，微透镜配置于最外层的金属内连线层的表面上，且覆盖于该光二极管阵列之上，微透镜之上还配置一阻断层。

依照本发明的优选实施例所述，上述的微透镜以及阻断层的制作在半导体制造方法中一并完成，之后再进行模块化的步骤，以将此光感测元件切割并封装至基板、导线架或其它类型的承载器上，并构成一光感测模块或一影像感测模块。

本发明在芯片制作完成之后，可结合低温磁控溅射设备来沉积二氧化硅以作为保护层及封胶材料，并在其上涂布红外线阻断层，并结合芯片于软片(Chip On Film，COF)的封装技术，可以一贯作业，并节省封装的时间与成本，更可避免微粒污染。

为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1显示现有一种光感测元件的封装结构的示意图；

图2A～2D依序显示本发明一优选实施例的一种半导体制造方法的流程示意图。

附图标记说明

100  半导体元件              110   承载器

120  印刷电路板              130   镜头

140  红外线阻断层            150   固定架

200  晶片                    200a  芯片

202  N型阱                   204   P型阱

206  栅极氧化物层            210   有源层

212  有源元件                214   光二极管阵列

220  金属内连线层            222   第一金属层

224  保护层                  226   第二金属层

228  焊接垫                  230   照光区域

240  微透镜                  242   保护层

244  阻断层                  246   开口

248  异方性导电胶            250   软片承载器

具体实施方式

请参考图2A～2E，其依序显示本发明一优选实施例的一种半导体制造方法的流程示意图。请参考图2A，提供一晶片200，而晶片200上经由多道掩模工艺来形成有源层210的有源元件212以及光二极管阵列214，其中有源元件212例如为金属氧化物半导体(MOS)晶体管，常见的有PMOS晶体管或CMOS晶体管。PMOS晶体管一般位于N型阱202的硅衬底(即晶片)200的表面上，而光二极管阵列214可位于P型阱204的硅衬底200的表面上，之后再形成栅极氧化物层(gate oxide)206以区隔有源元件212与光二极管阵列214。接着再利用第二道掩模工艺来决定有源元件212以及光二极管阵列214的栅极(源极以及漏极)结构的接点窗口，用来接触金属内连线220的导体材料，例如以溅射法所沉积的铝合金。此外，金属内连线层220的第一金属层222与第二金属层226之间还沉积一保护层224，例如为绝缘能力良好的介电材料如二氧化硅，以防止短路。接着，金属内连线层220的最外层表面上，同样以掩模工艺定义出焊接垫228的接触窗口，以作为集成电路对外连接的接点。至此，集成电路的前段制作大致完成。

同样请参考图2A，在集成电路的前段工艺中，再以掩模工艺来定义出一照光区域230，而位于照光区域230的光二极管阵列214可接受外来的可见光的照射，并将光子转换成电信号，经由有源元件212以及金属内连线220传输至外界，以构成一光感测元件。接着，在照光区域230的表面上形成一微透镜240或一组微透镜阵列，对应于照光区域230的光二极管阵列214，以增加其光通量。其中，微透镜240的材料可为高分子聚合物，其形成的方式可藉由高分子材料的表面张力作用而以曲面轮廓的形状，来达成聚光的效果，且微透镜240的制作成本低且效果良好，因此不需先完成模块化的作业之后，再来组装透镜以及红外线阻断层等复杂的封装程序，其制作流程可连贯，故可减少封装的时间与成本。

接着，请参考图2B，形成一阻断层244于微透镜240之上。阻断层244例如用来阻止红外线或远红外线的照射，并可让可见光通过以照射至光二极管阵列214中。在本实施例中，阻断层244与微透镜240之间还具有一保护层242，例如以低温磁控溅射设备所沉积的二氧化硅形成，并以化学机械研磨(CMP)机台进行平坦化的工艺，而阻断层244可以涂布或溅射的方式，覆盖于保护层242的平坦表面。另外，阻断层244亦可以溅射的方式直接覆盖于微透镜240的曲面上。

请参考图2C及2D，上述的阻断层244可经由构图的步骤，最常见的方式例如微影蚀刻来定义其开口246的位置以及大小，如此未被阻断层244覆盖的焊接垫228的表面上则形成一开口246。其中，阻断层244以及微透镜240的制作可于半导体的前段工艺中完成，因此，在后段工艺中，仅需将元件切割成独立的芯片200a之后，再进行模块化制造方法，以将芯片200a藉由导线而焊接在一基板、一导线架或其它类型的承载器(未显示)上。或是，芯片200a的焊接垫228亦可藉由一异方性导电胶(ACF)248而连接至一软片式承载器250上，以构成图2D所示的芯片于软片上(COF)的光感测模块。

综上所述，本发明的半导体制造方法具有下列优点：

(1)光感测元件的微透镜以及阻断层的制作在半导体制造方法中一并完成，之后再进行模块化的步骤，以将此光感测元件切割并封装。因此，整个制造方法一贯作业，故可节省封装的时间与成本，更可避免切割所造成的微粒污染。

(2)本半导体的前段工艺可结合一阻断层的工艺，其中阻断层可直接形成于微透镜的曲面上，或先形成于一保护层于微透镜上，之后再覆盖一阻断层于保护层的表面上。因此，最后所形成的光感测模块其体积可达到最小化，不占用空间，且结构完备，并使得光感测模块的制造合格率进一步提高。

虽然本发明已结合一优选实施例披露如上，然其并非用来限定本发明，任何本领域内的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求所界定的为准。

Claims (13)

1.一种半导体制造方法，至少包括：

提供一晶片，该晶片至少具有一有源元件以及一光二极管阵列，分别位于该晶片上，且该晶片上具有一金属内连线层，分别与该有源元件以及该光二极管阵列相电连接，而该金属内连线层具有多个焊接垫，位于最外层的该金属内连线层的表面上，且该晶片还具有一照光区域，位于该光二极管阵列的上方；

形成至少一微透镜于该晶片的该照光区域上；以及

形成一阻断层于该微透镜之上。

2.如权利要求1所述的半导体制造方法，其中该阻断层直接覆盖于该微透镜的曲面上。

3.如权利要求1所述的半导体制造方法，其中形成该阻断层之前，还包括先形成一保护层于该微透镜上，接着再覆盖该阻断层于该保护层上。

4.如权利要求1所述的半导体制造方法，其中形成该阻断层之后，还包括构图该阻断层，以形成多个开口，并暴露出该些焊接垫。

5.如权利要求1所述的半导体制造方法，还包括切割该晶片，以形成独立分开的芯片。

6.一种光感测模块，至少包括：

一衬底；

一有源层，配置于该衬底上，该有源层至少具有一有源元件以及一光二极管阵列；

一金属内连线层，配置于该有源层上，该金属内连线层分别电性连接该有源元件与该光二极管阵列，且最外层的该金属内连线层的表面还具有多个焊接垫；

至少一微透镜，配置于最外层的该金属内连线层的表面上，且覆盖于该光二极管阵列之上；以及

一阻断层，配置于该微透镜之上。

7.如权利要求6所述的光感测模块，其中该阻断层覆盖于该微透镜的曲面上。

8.如权利要求6所述的光感测模块，还包括一保护层，配置于该阻断层与该微透镜之间。

9.如权利要求6所述的光感测模块，其中该阻断层具有多个开口，分别暴露出该些焊接垫。

10.如权利要求6所述的光感测模块，其中该阻断层是一红外线阻断层。

11.如权利要求6所述的光感测模块，其中该微透镜的材料包括高分子聚合物。

12.如权利要求6所述的光感测模块，还包括一承载器，与该些焊接垫电性连接。

13.如权利要求12所述的光感测模块，其中该承载器包括一基板、一导线架以及一软片式承载器其中之一。

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