DE102020112941A1 - Sensor-package und verfahren - Google Patents

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DE102020112941A1
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sensor
encapsulation
semiconductor die
die
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Yung-Chi Chu
Sih-Hao Liao
Po-Han Wang
Yu-Hsiang Hu
Hung-Jui Kuo
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Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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Abstract

Eine Vorrichtung umfasst einen Sensor-Die mit einem Erfassungsbereich an einer Oberseite des Sensor-Die, eine Einkapselung, die den Sensor-Die zumindest seitlich einkapselt, eine leitfähige Durchkontaktierung, die sich durch die Einkapselung erstreckt, und eine vorderseitige Umverteilungsstruktur auf der Einkapselung und auf der Oberseite des Sensor-Die, wobei die vordere Umverteilungsstruktur mit der leitfähigen Durchkontaktierung und dem Sensor-Die verbunden ist, wobei eine Öffnung in der vorderseitigen Umverteilungsstruktur den Erfassungsbereich des Sensor-Die freilegt, und wobei die vorderseitige Umverteilungsstruktur eine erste dielektrische Schicht, die sich über die Einkapselung und die Oberseite des Sensor-Die erstreckt, eine Metallisierungsstruktur auf der ersten dielektrischen Schicht und eine zweite dielektrische Schicht aufweist, die sich über die Metallisierungsstruktur und die erste dielektrische Schicht erstreckt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Die Halbleiterindustrie hat aufgrund fortlaufender Verbesserungen der Integrationsdichte einer Vielzahl von elektronischen Komponenten (z. B. Transistoren, Dioden, Widerständen, Kondensatoren usw.) ein rasantes Wachstum erlebt. Die Verbesserung der Integrationsdichte stammte größtenteils von einer wiederholten Verkleinerung der minimalen Merkmalgröße, wodurch mehr Komponenten in einer bestimmten Fläche integriert werden können. Mit der wachsenden Nachfrage nach schrumpfenden elektronischen Vorrichtungen ist ein Bedarf an kleineren und kreativeren Verpackungstechniken für Halbleiter-Dies entstanden. Ein Beispiel für solche Verpackungssysteme ist die integrierte Fan-Out- (InFO)-Technologie.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Man beachte, dass gemäß dem üblichen Vorgehen in der Branche verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Beschreibung beliebig vergrößert oder verkleinert werden.
    • Die 1 bis 4 zeigen Querschnittsansichten von Zwischenschritten während eines Prozesses zum Ausbilden eines Sensor-Die mit einer Opferschicht gemäß einigen Ausführungsformen.
    • Die 5 bis 18 zeigen Querschnittsansichten von Zwischenschritten während eines Prozesses zum Ausbilden eines Sensor-Package unter Verwendung eines Trockenätzprozesses gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 19 zeigt eine Querschnittsansicht eines Zwischenschritts während eines Prozesses zum Ausbilden einer Sensorvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
    • Die 20 bis 27 zeigen Querschnittsansichten von Zwischenschritten während eines Prozesses zum Ausbilden eines Sensor-Package unter Verwendung eines Nassätzprozesses gemäß einigen Ausführungsformen.
    • 28 zeigt eine Querschnittsansicht eines Zwischenschritts während eines Prozesses zum Ausbilden einer Sensorvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Offenbarung sieht viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele vor, um verschiedene Merkmale der Erfindung zu implementieren. Spezielle Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind unten beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und sollen nicht einschränkend wirken. Beispielsweise kann das Ausbilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet sind, und kann auch Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten Merkmal und dem zweiten Merkmal ausgebildet sein können, so dass das erste und das zweite Merkmal nicht in direktem Kontakt stehen müssen. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugszeichen und/oder Buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und erzwingt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
  • Weiter können räumlich relative Begriffe, wie „unten“, „unter“, „unterer“, „über“, „oberer“ und ähnliche, hier der Einfachheit der Beschreibung halber verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals mit einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen zu beschreiben, wie sie in den Figuren gezeigt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung, die verwendet oder betrieben wird, zusätzlich zu der in den Figuren gezeigten Ausrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anders (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Ausrichtung) ausgerichtet sein und die räumlich relativen Begriffe, die hier verwendet werden, können auch dahingehend interpretiert werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen wird eine Opferschicht über einem Sensor-Die ausgebildet, bevor der Sensor-Die als Teil eines Sensor-Package verpackt wird. Die Opferschicht wird während des Verpackungsprozesses unter Verwendung eines Trockenätzprozesses oder eines Nassätzprozesses entfernt. Eine Umverteilungsstruktur kann ausgebildet werden, um eine Verbindung mit dem Sensor-Die herzustellen, wobei das Sensor-Package als integriertes Fan-Out- (InFO)-Package ausgebildet wird. Das Sensor-Package kann Öffnungen enthalten, die die Erfassungsbereiche des Sensor-Die freilegen. Das Verpacken eines Sensor-Die auf diese Weise kann es ermöglichen, dass der Formfaktor des endgültigen Sensor-Package kleiner ist, kann die mechanische Zuverlässigkeit des verpackten Sensors erhöhen und kann den Herstellungsertrag im Vergleich zu anderen Verpackungsschemata (z. B. Drahtbonden) erhöhen. Die Erfassungsbereiche des Sensor-Die können auch näher an der Außenseite des Sensor-Package ausgebildet werden, was die Empfindlichkeit und das elektrische Ansprechverhalten des Erfassungsvorgangs erhöhen kann.
  • Die 1 bis 4 zeigen Querschnittsansichten von Zwischenschritten während eines Prozesses zum Ausbilden eines Sensor-Die 100 mit einer Opferschicht 112 gemäß einigen Ausführungsformen. Die 5 bis 18 zeigen Querschnittsansichten von Zwischenschritten während eines Prozesses zum Ausbilden eines Sensor-Package 200 unter Verwendung eines Trockenätzprozesses gemäß einigen Ausführungsformen. 19 zeigt eine Sensorvorrichtung 300, die das Sensor-Package 200 gemäß einigen Ausführungsformen implementiert. Die 20 bis 27 zeigen Querschnittsansichten von Zwischenschritten während eines Prozesses zum Ausbilden eines Sensor-Package 400 unter Verwendung eines Nassätzprozesses gemäß einigen Ausführungsformen. 28 zeigt eine Sensorvorrichtung 500, die das Sensor-Package 400 gemäß einigen Ausführungsformen implementiert.
  • Die 1 bis 4 zeigen die Ausbildung eines Sensor-Die 100 mit einer Opferschicht 112 gemäß einigen Ausführungsformen. 1 zeigt mehrere Sensor-Dies 100 vor der Vereinzelung. Als solches sind die in 1 gezeigten einzelnen Sensor-Dies 100 auf einem einzelnen Substrat 102 ausgebildet und durch Ritzlinienbereiche 108 getrennt.
  • Die Sensor-Dies 100 können unter Verwendung geeigneter Herstellungsprozesse in dem Substrat 102 ausgebildet werden. Das Substrat 102 kann beispielsweise ein Halbleitersubstrat wie Silizium sein, das dotiert oder undotiert sein kann und das ein Siliziumwafer oder eine aktive Schicht eines Halbleiter-auf-Isolator- (SOI)-Substrats oder dergleichen sein kann. Das Halbleitersubstrat kann andere Halbleitermaterialien wie Germanium; einen Verbindungshalbleiter wie beispielsweise Siliziumkarbid, Galliumarsen, Galliumphosphid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und/oder Indiumantimonid; einen Legierungshalbleiter wie beispielsweise SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP und/oder GaInAsP; oder Kombinationen davon enthalten. Es können auch andere Substrate wie Mehrschicht- oder Gradientsubstrate verwendet werden. Vorrichtungen wie Transistoren, Dioden, Kondensatoren, Widerstände usw. können in und/oder auf der aktiven Oberfläche des Substrats 102 ausgebildet sein und können durch Interconnect-Strukturen miteinander verbunden sein, die beispielsweise durch Metallisierungsstrukturen in einer oder mehreren dielektrischen Schichten auf dem Substrat 102 bestehen.
  • Jeder Sensor-Die 100 kann einen oder mehrere Sensoren, integrierte Schaltungen, Logikschaltungen (z. B. Prozessoreinheiten, Mikrocontroller usw.), Speicher (z. B. dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM) usw.), Energieverwaltungsschaltungen (z. B. integrierte Energieverwaltungsschaltungen (PMIC)), Hochfrequenz (HF)-Komponenten, Mikrosystem- (MEMS)-Komponenten, Signalverarbeitungsschaltungen (z. B. digitale Signalverarbeitungs- (DSP)-Schaltungen), Front-End-Schaltungen (z. B. analoge Front-End- (AFE)-Schaltungen), dergleichen oder eine Kombination davon enthalten.
  • In einigen Ausführungsformen enthält jeder Sensor-Die 100 einen Sensorbereich 110, in dem ein Sensor ausgebildet ist. Der Sensorbereich 110 kann Abschnitte enthalten, die innerhalb des Substrats 102 und/oder über dem Substrat 102 ausgebildet sind, und der Sensor, der in dem Sensorbereich 110 ausgebildet ist, kann räumlich und/oder elektrisch mit integrierten Schaltkreisen, Metallisierungsstrukturen, Vorrichtungen oder dergleichen des zugehörigen Sensor-Die 100 verbunden sein. Der Sensorbereich 110 kann einen Bildsensor, einen akustischen Sensor, einen Drucksensor, einen Temperatursensor, einen MEMS-Sensor oder dergleichen enthalten. Der Sensorbereich 110 kann einen oder mehrere Wandler enthalten und kann auch ein oder mehrere Merkmale enthalten, die während des Betriebs Signale zur Messung aussenden. Beispielsweise kann der Sensorbereich 110 einen Fingerabdrucksensor enthalten, der durch Aussenden von akustischen Ultraschallwellen und Messen der reflektierten Wellen arbeitet.
  • Jeder Sensor-Die 100 enthält ferner Pads 104 wie Aluminiumpads, Kupferpads oder dergleichen, zu denen externe Verbindungen hergestellt werden. Die Pads 104 befinden sich auf der aktiven Oberfläche der Sensor-Dies 100. Ein oder mehrere Passivierungsfilme 106 befinden sich auf den Sensor-Dies und auf Teilen der Pads 104. Öffnungen erstrecken sich durch die Passivierungsfilme 106, um die Pads 104 freizulegen. In einigen Ausführungsformen legt eine Öffnung in den Passivierungsfilmen 106 den Sensorbereich 110 frei. Die Öffnung in den Passivierungsfilmen 106 kann eine Breite W1 haben, die in einigen Ausführungsformen zwischen etwa 5 µm und etwa 100 µm liegt. In einigen Ausführungsformen ist der Sensor-Die 100 in einem InFO-Package verpackt und ist in einer Weise verpackt, die den Sensorbereich 110 frei lässt.
  • In 2 wird gemäß einigen Ausführungsformen eine Opferschicht 112 über dem Substrat 102 so ausgebildet, dass sie die Sensor-Dies 100 abdeckt. In einigen Ausführungsformen kann die Opferschicht 112 gehärtet werden, nachdem sie über dem Substrat 102 ausgebildet wurde. Die Opferschicht 112 kann beispielsweise ein Material enthalten, das anschließend durch einen Ätzprozess wie einen Nassätzprozess und/oder einen Trockenätzprozess entfernt werden kann. In einigen Ausführungsformen enthält die Opferschicht 112 ein Material, das ein Härten und anschließendes Entfernen unter Verwendung eines Ätzprozesses der Opferschicht 112 ermöglicht. In einigen Ausführungsformen enthält die Opferschicht 112 ein Material, mit dem die Opferschicht 112 gehärtet und anschließend planarisiert werden kann, beispielsweise unter Verwendung eines chemisch-mechanischen Polier- (CMP)-Prozesses oder eines Schleifprozesses. Die Opferschicht 112 kann ein Polymer wie ein Polyimid, Epoxid, Polyolefin oder dergleichen oder ein Verbundmaterial wie ein Polymer mit einem oder mehreren Additiven (z. B. Mitteln zum Abbau von Spannungen, Weichmachern usw.) enthalten, die eingebaut werden, um eine oder mehrere Materialeigenschaften des Polymers einzustellen. Die Opferschicht 112 kann durch jeden geeigneten Abscheidungsprozess ausgebildet werden, beispielsweise Rotationsbeschichtung, Laminieren, Abgabe als Flüssigkeit, dergleichen oder eine Kombination davon. Die Opferschicht 112 kann eine Dicke T1 über dem Substrat 102 haben, die in einigen Ausführungsformen zwischen etwa 2 µm und etwa 50 µm liegt.
  • In den 3 und 4 wird ein Vereinzelungsprozess durchgeführt, um einzelne Sensor-Dies 100 gemäß einigen Ausführungsformen zu vereinzeln. Der Vereinzelungsprozess wird entlang der Ritzbereiche 108 durchgeführt und kann Sägen, Laserbohren oder dergleichen oder eine Kombination davon umfassen. In einigen Ausführungsformen enthält der Vereinzelungsprozess ein Ausbilden einer Rille in den Ritzbereichen 108 unter Verwendung eines Laserprozesses und anschließend ein Durchführen eines Sägeprozesses zum vollständigen Vereinzeln der Sensor-Dies 100. Beispielsweise zeigt 3 das Substrat 102, nachdem ein Laserprozess durchgeführt wurde. Wie in 3 gezeigt, kann der Laserprozess entlang der Ritzbereiche 108 durchgeführt werden, um Rillen auszubilden, die sich durch die Opferschicht 112 und in das Substrat 102 erstrecken. Der Laserprozess kann beispielsweise einen UV-Laser oder dergleichen verwenden, der in einigen Ausführungsformen mit einer Leistung zwischen etwa 1 W und etwa 30 W betrieben wird.
  • Nachdem der Laserprozess durchgeführt wurde, kann ein Sägeprozess entlang der Ritzbereiche 108 durchgeführt werden, um die Sensor-Dies 100 vollständig zu vereinzeln, wie in 4 gezeigt. Die Verwendung eines Laserprozesses zum Entfernen von Teilen der Opferschicht 112 vor dem Sägen kann Beschädigungen der Opferschicht 112 während des Vereinzelungsprozesses verringern. In einigen Ausführungsformen kann die Opferschicht 112 über dem Sensor-Die 100 eine konvexe oder abgerundete Oberseite aufweisen, wie in 4 gezeigt. Auf diese Weise werden einzelne Sensor-Dies 100 ausgebildet, die in der Opferschicht 112 bedeckt sind.
  • In den 5 bis 26 sind Zwischenschritte bei der Ausbildung des Sensor-Package 200 (siehe 18), der Sensorvorrichtung 300 (siehe 19), des Sensor-Package 400 (siehe 27) und der Sensorvorrichtung 500 (siehe 28) gemäß einigen Ausführungsformen gezeigt. Die 5 bis 9 zeigen Zwischenschritte, die vor dem Entfernen der Opferschicht 112 gemäß einigen Ausführungsformen durchgeführt werden. Die 10 bis 19 zeigen Zwischenschritte beim Entfernen der Opferschicht 112 unter Verwendung eines Trockenätzprozesses, um ein Sensor-Package 200 und eine Sensorvorrichtung 300 gemäß einigen Ausführungsformen auszubilden. Die 20 bis 28 zeigen Zwischenschritte beim Entfernen der Opferschicht 112 unter Verwendung eines Nassätzprozesses, um ein Sensor-Package 400 und eine Sensorvorrichtung 500 gemäß einigen Ausführungsformen auszubilden.
  • In 5 ist ein Trägersubstrat 202 vorgesehen, und eine Trennschicht 204 ist auf dem Trägersubstrat 202 ausgebildet. Das Trägersubstrat 202 kann beispielsweise ein Glasträgersubstrat, ein keramisches Trägersubstrat oder dergleichen sein. Das Trägersubstrat 202 kann ein Wafer sein, so dass mehrere Packages gleichzeitig auf dem Trägersubstrat 202 ausgebildet werden können. Die Trennschicht 204 kann aus einem Material auf Polymerbasis ausgebildet sein, das zusammen mit dem Trägersubstrat 202 von den darüberliegenden Strukturen entfernt werden kann, die in nachfolgenden Schritten ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen ist die Trennschicht 204 ein thermisches Trennmaterial auf Epoxidbasis, das seine Hafteigenschaft verliert, wenn es erwärmt wird, beispielsweise eine Licht-Wärme-Umwandlungs- (LTHC)-Trennbeschichtung. In weiteren Ausführungsformen kann die Trennschicht 204 ein Ultraviolett- (UV)-Klebstoff sein, der seine Klebeeigenschaft verliert, wenn er UV-Licht ausgesetzt wird. Die Trennschicht 204 kann als Flüssigkeit abgegeben und ausgehärtet werden, kann ein Laminatfilm, der auf das Trägersubstrat 202 laminiert wird, oder etwas ähnliches sein. Die Oberseite der Trennschicht 204 kann eingeebnet sein und einen hohen Grad an Koplanarität aufweisen.
  • In 6 werden gemäß einigen Ausführungsformen eine rückseitige Umverteilungsstruktur 206 und leitfähige Durchkontaktierungen 216 auf der Trennschicht 204 ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform enthält die rückseitige Umverteilungsstruktur 206 eine dielektrische Schicht 208 und eine Metallisierungsstruktur 210 (manchmal als Umverteilungsschichten oder Umverteilungsleitungen bezeichnet). Die rückseitige Umverteilungsstruktur 206 ist optional. In einigen Ausführungsformen wird die Metallisierungsstruktur 210 weggelassen und nur die dielektrische Schicht 208 ausgebildet.
  • Die dielektrische Schicht 208 wird auf der Trennschicht 204 ausgebildet. Die Unterseite der dielektrischen Schicht 208 kann in Kontakt mit der Oberseite der Trennschicht 204 stehen. In einigen Ausführungsformen ist die dielektrische Schicht 208 aus einem Polymer wie Polybenzoxazol (PBO), Polyimid, Benzocyclobuten (BCB) oder dergleichen ausgebildet. In weiteren Ausführungsformen ist die dielektrische Schicht 208 aus einem Nitrid wie Siliziumnitrid; einem Oxid wie Siliziumoxid, Phosphorsilikatglas (PSG), Borosilikatglas (BSG), Bor-dotiertem Phosphorsilikatglas (BPSG) oder dergleichen; oder ähnlichem ausgebildet. Die dielektrische Schicht 208 kann durch einen beliebigen geeigneten Abscheidungsprozess ausgebildet werden, beispielsweise Rotationsbeschichtung, chemische Gasphasenabscheidung (CVD), Laminieren oder dergleichen oder eine Kombination davon.
  • Die Metallisierungsstruktur 210 wird auf der dielektrischen Schicht 208 ausgebildet. Als beispielhaften Prozess zum Ausbilden der Metallisierungsstruktur 210 wird eine Keimschicht über der dielektrischen Schicht 208 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen ist die Keimschicht eine Metallschicht, die eine einzelne Schicht oder eine Verbundschicht sein kann, die eine Mehrzahl von Teilschichten aufweist, die aus verschiedenen Materialien ausgebildet sind. In einigen Ausführungsformen besteht die Keimschicht aus einer Titanschicht und einer Kupferschicht über der Titanschicht. Die Keimschicht kann beispielsweise unter Verwendung von physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder dergleichen ausgebildet werden. Ein Photoresist wird dann auf der Keimschicht ausgebildet und strukturiert. Der Photoresist kann durch Rotationsbeschichtung oder dergleichen ausgebildet werden und zum Strukturieren belichtet werden. Die Struktur des Photoresist entspricht der Metallisierungsstruktur 210. Das Strukturieren bildet Öffnungen durch den Photoresist aus, die die Keimschicht freilegen. In den Öffnungen des Photoresist und auf den freiliegenden Abschnitten der Keimschicht wird ein leitfähiges Material ausgebildet. Das leitfähige Material kann durch Plattieren ausgebildet werden, beispielsweise Elektroplattieren oder stromloses Plattieren oder dergleichen. Das leitfähige Material kann ein Metall wie Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium oder dergleichen oder Kombinationen davon sein. Dann werden der Photoresist und Abschnitte der Keimschicht, auf denen das leitfähige Material nicht ausgebildet ist, entfernt. Der Photoresist kann durch ein geeignetes Veraschungs- oder Abziehverfahren entfernt werden, beispielsweise unter Verwendung eines Sauerstoffplasmas oder dergleichen. Nachdem der Photoresist entfernt ist, werden freiliegende Abschnitte der Keimschicht entfernt, beispielsweise unter Verwendung eines geeigneten Ätzprozesses, beispielsweise durch Nass- oder Trockenätzen. Die verbleibenden Abschnitte der Keimschicht und des leitfähigen Materials bilden die Metallisierungsstruktur 210.
  • Es versteht sich, dass die rückseitige Umverteilungsstruktur 206 eine beliebige Anzahl von dielektrischen Schichten und Metallisierungsstrukturen aufweisen kann. Zusätzliche dielektrische Schichten und Metallisierungsstrukturen können durch Wiederholen der Prozesse zum Ausbilden der dielektrischen Schicht 208 und der Metallisierungsstruktur 210 ausgebildet werden. Die Metallisierungsstrukturen können Leiterbahnen und leitfähige Durchkontaktierungen aufweisen. Die leitfähigen Durchkontaktierungen können während des Ausbildens der Metallisierungsstruktur ausgebildet werden, indem die Keimschicht und das leitfähige Material der Metallisierungsstruktur in der Öffnung der darunterliegenden dielektrischen Schicht ausgebildet werden. Die leitfähigen Durchkontaktierungen können daher die verschiedenen Leiterbahnen miteinander zwischenverbinden und elektrisch verbinden. In einigen Ausführungsformen enthält die rückseitige Umverteilungsstruktur 206 eine oberste Dielektrikums- bzw. Passivierungsschicht, die die Metallisierungsstruktur 210 abdeckt und schützt. In der gezeigten Ausführungsform wird die oberste Schicht weggelassen und die nachfolgend ausgebildete Einkapselung 242 wird verwendet, um die Metallisierungsstruktur 210 zu schützen.
  • Unter Bezugnahme auf 6 werden leitfähige Durchkontaktierungen 216 auf der dielektrischen Schicht 208 und sich von dieser weg erstreckend ausgebildet. Als beispielhafter Prozess zum Ausbilden der leitfähigen Durchkontaktierungen 216 wird eine Keimschicht über der rückseitigen Umverteilungsstruktur 206 ausgebildet, z. B. auf der dielektrischen Schicht 208 und der Metallisierungsstruktur 210. Die Keimschicht für die leitfähigen Durchkontaktierungen 216 kann sich von der Keimschicht für die Metallisierungsstruktur 210 unterscheiden und kann weiter über der Metallisierungsstruktur 210 ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen ist die Keimschicht eine Metallschicht, die eine einzelne Schicht oder eine Mehrzahl von Teilschichten aufweisende Verbundschicht sein kann, die aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind. In einer bestimmten Ausführungsform besteht die Keimschicht aus einer Titanschicht und einer Kupferschicht über der Titanschicht. Die Keimschicht kann beispielsweise unter Verwendung von PVD oder dergleichen ausgebildet werden. Auf der Keimschicht wird ein Photoresist ausgebildet und strukturiert. Der Photoresist kann durch Rotationsbeschichtung oder dergleichen ausgebildet werden und zum Strukturieren belichtet werden. Die Struktur des Photoresist entspricht den leitfähigen Durchkontaktierungen. Das Strukturieren bildet Öffnungen durch den Photoresist aus, die die Keimschicht freilegen. In den Öffnungen des Photoresist und auf den freiliegenden Abschnitten der Keimschicht wird ein leitfähiges Material ausgebildet. Das leitfähige Material kann durch Plattieren ausgebildet werden, beispielsweise Elektroplattieren oder stromloses Plattieren oder dergleichen. Das leitfähige Material kann ein Metall wie Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium oder dergleichen oder Kombinationen davon sein. Der Photoresist und die Abschnitte der Keimschicht, auf denen das leitfähige Material nicht ausgebildet ist, werden entfernt. Der Photoresist kann durch ein geeignetes Veraschungs- oder Abziehverfahren entfernt werden, beispielsweise unter Verwendung eines Sauerstoffplasmas oder dergleichen. Nachdem der Photoresist entfernt ist, werden freiliegende Abschnitte der Keimschicht entfernt, beispielsweise unter Verwendung eines geeigneten Ätzprozesses, beispielsweise durch Nass- oder Trockenätzen. Die verbleibenden Teile der Keimschicht und des leitfähigen Materials bilden die leitfähigen Durchkontaktierungen 216. In der gezeigten Ausführungsform sind die leitfähigen Durchkontaktierungen 216 direkt auf der dielektrischen Schicht 208 ausgebildet und durch Leiterbahnen mit der Metallisierungsstruktur 210 verbunden. In weiteren Ausführungsformen sind die leitfähigen Durchkontaktierungen 216 aus Merkmalen der Metallisierungsstruktur 210 plattiert. Die leitfähigen Durchkontaktierungen 216 können so ausgebildet sein, dass sie eine Höhe über der rückseitigen Umverteilungsstruktur 206 aufweisen, die größer als die Höhe eines angebrachten Sensor-Die 100 ist, der nachstehend beschrieben wird.
  • In 7 wird ein Sensor-Die 100 durch einen Klebstoff 228 an der rückseitigen Umverteilungsstruktur 206 angebracht. Der Klebstoff 128 wird auf der Rückseite des Sensor-Die 100 ausgebildet und klebt den Sensor-Die 100 an die dielektrische Schicht 208 der rückseitigen Umverteilungsstruktur 206. Der Klebstoff 228 kann irgendein geeigneter Klebstoff, ein Epoxidharz, ein Die-Befestigungsfilm (DAF) oder dergleichen sein. Der Klebstoff 228 kann auf einer Rückseite des Sensor-Die 100 aufgebracht werden oder kann über der dielektrischen Schicht 208 aufgebracht werden. Beispielsweise kann der Klebstoff 228 auf die Rückseite des Sensor-Die 100 vor dem Vereinzeln zum Trennen des Sensor-Die 100 aufgebracht werden.
  • Obwohl gezeigt ist, dass ein Sensor-Die 100 an die rückseitige Umverteilungsstruktur 206 geklebt ist, sollte klar sein, dass mehr als ein Sensor-Die 100 angeklebt werden und in dem endgültigen Sensor-Package 200 vorhanden sein kann. In solchen Ausführungsformen können die Sensor-Dies 100 in Größe und Art schwanken. In einigen Ausführungsformen kann der Sensor-Die 100 aus einem Die mit einer großen Grundfläche bestgehen, wie beispielsweise einer System-on-Chip- (SoC)-Vorrichtung. In Ausführungsformen, in denen die Sensor-Dies 100 eine große Grundfläche aufweisen, kann der für die leitfähigen Durchkontaktierungen 216 verfügbare Raum begrenzt sein. Die Verwendung der rückseitigen Umverteilungsstruktur 206 ermöglicht eine verbesserte Interconnect-Anordnung, wenn das Sensor-Package 200 nur begrenzten Platz für die leitfähigen Durchkontaktierungen 216 zur Verfügung hat. In Ausführungsformen, in denen ein einzelner Sensor-Die 100 verwendet wird, können auch Logik-Dies, Speicher-Dies oder eine Kombination davon in dem Sensor-Die 100 enthalten sein.
  • In 8 wird gemäß einigen Ausführungsformen eine Einkapselung 242 auf den verschiedenen Komponenten ausgebildet. Nach der Ausbildung verkapselt die Einkapselung 242 die leitfähigen Durchkontaktierungen 216 und den Sensor-Die 100 zumindest seitlich. Die Metallisierungsstruktur 210 ist somit zwischen der Einkapselung 242 und der dielektrischen Schicht 208 angeordnet. Die Einkapselung 242 kann eine Formmasse, ein Epoxid, ein Harz oder dergleichen sein. In einigen Ausführungsformen enthält die Einkapselung 242 ein Füllmaterial, wie Partikel aus Siliziumoxid oder dergleichen. Die Einkapselung 242 kann durch Formpressen, Transferformen oder dergleichen aufgebracht werden. Die Einkapselung 242 kann dann gehärtet werden. In 9 wird gemäß einigen Ausführungsformen ein Planarisierungsprozess durchgeführt. Der Planarisierungsprozess kann einen CMP-Prozess, einen Schleifprozess oder dergleichen umfassen. Der Planarisierungsprozess kann die leitfähigen Durchkontaktierungen 216 und die Opferschicht 112 freilegen. In einigen Fällen sind die Oberflächen der leitfähigen Durchkontaktierungen 216, der Opferschicht 112 und der Einkapselung 242 nach dem Planarisierungsprozess plan.
  • Die 10 bis 19 zeigen ein Ausbilden eines Sensor-Package 200 und einer Sensorvorrichtung 300 gemäß einigen Ausführungsformen. Das Sensor-Package 200 (siehe 18) ist gemäß einigen Ausführungsformen ein Package, das den Sensor-Die 100 enthält, und die Sensorvorrichtung 300 (siehe 19) ist eine Vorrichtung, die das Sensor-Package 200 enthält. Die 10 bis 19 beschreiben einen Prozessablauf, bei dem ein Trockenätzprozess verwendet wird, um die Opferschicht 112 zu entfernen. Dementsprechend kann das Material der Opferschicht 112 ein Material sein, das für Entfernbarkeit durch einen Trockenätzprozess ausgewählt ist.
  • In 10 wird gemäß einigen Ausführungsformen ein Trockenätzprozess durchgeführt, um die Opferschicht 112 von der in 9 gezeigten Struktur zu entfernen. Wie in 10 gezeigt, entfernt der Trockenätzprozess die Opferschicht 112 über dem Sensor-Die 100 und bildet eine Vertiefung 244 in der Einkapselung 242 aus, die den Sensorbereich 110 und die Pads 104 des Sensor-Die 100 freilegt. In einigen Fällen ätzt der Trockenätzprozess auch Teile der Einkapselung 242, was eine Vertiefung 244 mit geneigten Seitenwänden ausbilden kann, wie in 10 gezeigt. In einigen Ausführungsformen können obere Abschnitte der Seitenwände der Vertiefung 244 einen Winkel A1 in Bezug auf eine seitliche Richtung aufweisen, der zwischen etwa 5 Grad und etwa 60 Grad liegt. In einigen Ausführungsformen können untere Abschnitte der Seitenwände der Vertiefung 244 einen Winkel A2 in Bezug auf eine vertikale Richtung aufweisen, der zwischen etwa 0 Grad und etwa 15 Grad liegt. In einigen Fällen können durch Ausbilden der Vertiefung 244 mit geneigten Seitenwänden nachfolgend ausgebildete Schichten wie die dielektrische Schicht 246 (nachstehend beschrieben) eine gleichmäßigere Topographie aufweisen, was die photolithographische Variabilität (z. B. der unten beschriebenen Öffnungen 248, 250 und 252) verringern kann und die Dickenvariabilität in nachfolgend ausgebildeten leitfähigen Merkmalen (z. B. der unten beschrieben Metallisierungsstruktur 256) verringern kann.
  • In einigen Ausführungsformen umfasst der Trockenätzprozess einen Plasmaätzprozess. Der Plasmaätzprozess kann beispielsweise ein Ausbilden eines Plasmas aus Sauerstoff, Argon, CF4CHF3, SF6, dergleichen oder eine Kombination davon umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Plasmaätzprozess einen Ionenbeschussprozess. In einigen Ausführungsformen wird der Plasmaätzprozess unter Verwendung einer Leistung zwischen etwa 100 Watt und etwa 1000 Watt durchgeführt. Andere Prozessgase, eine andere Leistung oder andere Prozessbedingungen sind möglich.
  • In einigen Fällen ätzt der Trockenätzprozess die Einkapselung 242 derart, dass die leitfähigen Durchkontaktierungen 216 über die Einkapselung 242 hinausragen, wie in 10 gezeigt. In einigen Fällen können die leitfähigen Durchkontaktierungen 116 zwischen etwa 0,5 µm und etwa 5 µm über die Einkapselung 242 hinausragen. In einigen Fällen werden Oberflächen der Einkapselung 242 durch den Trockenätzprozess beim Ätzen dieser Oberflächen durch den Trockenätzprozess aufgeraut. In einigen Fällen raut der Trockenätzprozess Oberflächen der Passivierungsfilme 106 auf, wenn diese Oberflächen der Passivierungsfilme 106 durch den Trockenätzprozess freigelegt werden. In einigen Fällen kann nach Durchführung des Trockenätzprozesses die Rauheit der Oberflächen der Einkapselung 242 und/oder die Rauheit der Oberflächen der Passivierungsfilme 106 zwischen etwa Ra = 1 µm und etwa Ra = 10 µm liegen. Beispielsweise kann die Rauheit der Oberflächen der Passivierungsfilme 106 etwa Ra = 1,03 µm betragen, obwohl andere Maße von Rauheit möglich sind. Nach Durchführung des Trockenätzprozesses kann die Einkapselung 242 eine gewellte Oberfläche aufweisen. Zusätzlich kann der Trockenätzprozess Füllmaterial der Einkapselung 242 freilegen, und das freigelegte Füllmaterial kann durch den Trockenätzprozesses abgerundete oder aufgeraute freiliegende Oberflächen aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann ein Reinigungsprozess (z. B. ein nasschemischer Prozess, ein Spülen oder dergleichen) nach dem Trockenätzprozess durchgeführt werden, um Rückstände oder Partikel zu entfernen. In einigen Ausführungsformen wird nach dem Trockenätzprozess kein Reinigungsprozess durchgeführt.
  • Die 11 bis 16 zeigen ein Ausbilden einer vorderseitigen Umverteilungsstruktur 264 (siehe 16) über den leitfähigen Durchkontaktierungen 216, der Einkapselung 242 und dem Sensor-Die 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Die vorderseitige Umverteilungsstruktur 264 enthält eine dielektrische Schicht 246, eine Metallisierungsstruktur 256 und eine dielektrische Schicht 262. Die Metallisierungsstrukturen können auch als Umverteilungsschichten oder Umverteilungsleitungen bezeichnet werden. Die vorderseitige Umverteilungsstruktur 264 ist als Beispiel gezeigt, und ein beispielhafter Prozess zum Ausbilden der vorderseitigen Umverteilungsstruktur 264 wird hier beschrieben. Es können mehr oder weniger dielektrische Schichten und Metallisierungsstrukturen in der vorderseitigen Umverteilungsstruktur 264 ausgebildet werden. Wenn mehr dielektrische Schichten und Metallisierungsstrukturen ausgebildet werden sollen, können unten beschriebene Schritte und Prozesse wiederholt werden. Die hier beschriebene vorderseitige Umverteilungsstruktur 264 kann verwendet werden, um leitfähige Merkmale (z. B. die leitfähigen Durchkontaktierungen 216) elektrisch mit dem Sensor-Die 100 zu verbinden. Durch Ausbilden einer vorderseitigen Umverteilungsstruktur 264 wie hierin beschrieben kann ein Sensor-Package mit einer geringeren Größe (z. B. Dicke oder Fläche) ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine vorderseitige Umverteilungsstruktur 264 verwendet werden, um elektrische Verbindungen in einem Sensor-Package auszubilden, anstatt eine Drahtbonding-Technik zu verwenden. Die vorderseitige Umverteilungsstruktur 264 kann eine geringere Gesamtdicke als bei Drahtbonden aufweisen, was zu einem dünneren Sensor-Package führt. Zusätzlich kann die Verwendung einer relativ dünnen Umverteilungsstruktur 264 auf der Vorderseite ermöglichen, dass der Sensorbereich 110 des Sensor-Die 100 näher an der Außenfläche des Sensor-Package liegt. Dies erlaubt es, dass der Sensorbereich 110 näher an der zu erfassenden Umgebung liegt, was Empfindlichkeit und Ansprechzeit des Erfassungsvorgangs verbessern kann.
  • In 11 wird die dielektrische Schicht 246 gemäß einigen Ausführungsformen über der Struktur abgeschieden. In einigen Ausführungsformen ist die dielektrische Schicht 246 aus einem Material wie PBO, Polyimid, BCB oder dergleichen ausgebildet. In einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Schicht 246 aus einem lichtempfindlichen Material ausgebildet, das unter Verwendung einer Lithographiemaske strukturiert werden kann. Die dielektrische Schicht 246 kann durch Rotationsbeschichtung, Laminieren, CVD oder dergleichen oder eine Kombination davon ausgebildet werden. Wie in 11 gezeigt, können die Oberseiten der dielektrischen Schicht 246 in Bereichen über der Einkapselung 242 höher und in Bereichen über dem Sensor-Die 100 niedriger sein. In weiteren Ausführungsformen sind die Oberseiten der dielektrischen Schicht 246 über der Einkapselung 242 und über dem Sensor-Die 100 etwa plan. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 246 eine Dicke T2 über dem Sensor-Die 100 aufweisen, die zwischen etwa 2 µm und etwa 50 µm liegt. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 246 über dem Sensor-Die 100 eine Höhe über der rückseitigen Umverteilungsstruktur 206 aufweisen, die niedriger als eine Höhe der Einkapselung 242 über der rückseitigen Umverteilungsstruktur 206 ist. Mit anderen Worten kann die Dicke T2 derart sein, dass eine Oberseite der dielektrischen Schicht 246 unter einer Oberseite der Einkapselung 242 liegt. In einigen Ausführungsformen liegt eine Dicke T3 zwischen einem oberen Eckbereich der Einkapselung 242 und einer Oberseite der dielektrischen Schicht 246 zwischen etwa 2 µm und etwa 10 µm. In einigen Fällen kann eine ausreichende Dicke der dielektrischen Schicht 246 nahe den oberen Ecken der Einkapselung 242 die Dickenvariabilität in nachfolgend ausgebildeten leitfähigen Merkmalen (z. B. der nachstehend beschriebenen Metallisierungsstruktur 256) verringern. In einigen Fällen kann aufgrund der Rauheit der Einkapselung 242 die dielektrische Schicht 246 über der Einkapselung 242 eine Rauheit zwischen etwa Ra = 2 µm und etwa Ra = 7 µm aufweisen.
  • Wie in 11 gezeigt, können Bereiche der dielektrischen Schicht 246, die sich etwa von über der Einkapselung 242 bis über den Sensor-Die 100 erstrecken, geneigte Oberseiten aufweisen. In einigen Ausführungsformen können obere Bereiche der geneigten Oberseiten einen Winkel A3 in Bezug auf eine seitliche Richtung aufweisen, der zwischen etwa 20 Grad und etwa 60 Grad liegt. In einigen Ausführungsformen können untere Abschnitte der geneigten Oberseiten einen Winkel A4 in Bezug auf eine Oberseite der dielektrischen Schicht 246 über dem Sensor-Die 100 aufweisen, der zwischen etwa 105 Grad und etwa 170 Grad liegt. In einigen Fällen können durch Ausbilden der dielektrischen Schicht 246 mit geneigten Oberseiten, die sich über die Einkapselung 242 und den Sensor-Die 100 erstreckt, nachfolgend ausgebildete Schichten wie die dielektrische Schicht 262 (nachstehend beschrieben) eine gleichmäßigere Topographie aufweisen und die Dickenvariabilität in nachfolgend ausgebildeten leitfähigen Merkmalen (z. B. der nachstehend beschriebenen Metallisierungsstruktur 256) kann verringert werden.
  • In 12 wird die dielektrische Schicht 246 gemäß einigen Ausführungsformen strukturiert, um Öffnungen 248, 250 und 252 auszubilden. Die Öffnungen 248 werden ausgebildet, um die leitfähigen Durchkontaktierungen 216 freizulegen, die Öffnung 250 wird ausgebildet, um den Sensorbereich 110 des Sensor-Die 100 freizulegen, und die Öffnungen 252 werden ausgebildet, um die Pads 104 des Sensor-Die 100 freizulegen. Die Strukturierung kann unter Verwendung eines geeigneten Photolithographieprozesses durchgeführt werden, beispielsweise indem die dielektrische Schicht 246 Licht ausgesetzt wird, wenn die dielektrische Schicht 246 ein lichtempfindliches Material ist, und die dielektrische Schicht 246 entwickelt wird. Die Strukturierung kann alternativ durchgeführt werden, indem eine strukturierte Maske über der dielektrischen Schicht 246 ausgebildet wird und dann die dielektrische Schicht 246 unter Verwendung beispielsweise eines anisotropen Ätzens geätzt wird.
  • In den 13 bis 15 wird gemäß einigen Ausführungsformen die Metallisierungsstruktur 256 der vorderseitigen Umverteilungsstruktur 264 ausgebildet. Um die Metallisierungsstruktur 256 auszubilden, wird zuerst eine Keimschicht (nicht gezeigt) über der dielektrischen Schicht 246 und in den Öffnungen 248, 250 und 252 ausgebildet, die sich durch die dielektrische Schicht 246 erstrecken. In einigen Ausführungsformen ist die Keimschicht eine Metallschicht, die eine einzelne Schicht oder eine Mehrzahl von Teilschichten aufweisende Verbundschicht sein kann, die aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind. In einigen Ausführungsformen besteht die Keimschicht aus einer Titanschicht und einer Kupferschicht über der Titanschicht. Die Keimschicht kann beispielsweise unter Verwendung von PVD oder dergleichen ausgebildet werden.
  • Bezugnehmend auf 13 wird dann gemäß einigen Ausführungsformen ein Photoresist 254 über der Keimschicht ausgebildet und strukturiert. Der Photoresist 254 kann durch Rotationsbeschichtung, Laminierung oder dergleichen ausgebildet werden. Die Strukturierung des Photoresist 254 kann unter Verwendung eines geeigneten Photolithographieprozesses durchgeführt werden, beispielsweise indem der Photoresist 254 Licht ausgesetzt und der Photoresist 254 entwickelt wird. Die Strukturierung bildet Öffnungen durch den Photoresist 254 aus, um Bereiche der Keimschicht freizulegen, die der Metallisierungsstruktur 256 entsprechen. Wie in 13 gezeigt, kann der Photoresist 254 so strukturiert werden, dass die leitfähigen Durchkontaktierungen 216 durch die Öffnungen 248 und die Kontaktpads 104 durch die Öffnungen 252 freigelegt werden. Die Öffnung 250 kann zumindest teilweise von dem Photoresist 254 gefüllt bleiben, um den Sensorbereich 110 des Sensor-Die 100 zu schützen.
  • In 14 wird dann gemäß einigen Ausführungsformen ein leitfähiges Material in den Öffnungen des Photoresist 254 und auf den freiliegenden Abschnitten der Keimschicht ausgebildet. Das leitfähige Material kann durch Plattieren ausgebildet werden, beispielsweise Elektroplattieren oder stromloses Plattieren oder dergleichen. Das leitfähige Material kann ein Metall wie Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium oder dergleichen oder Kombinationen davon sein. In einigen Fällen kann das leitfähige Material in unterschiedlichen Bereichen mit unterschiedlicher Dicke ausgebildet sein. Beispielsweise können Teile des leitfähigen Materials über dem Sensor-Die 100 eine höhere Dicke als Teile des leitfähigen Materials über der Einkapselung 242 aufweisen. Die Kombination des leitfähigen Materials und der darunter liegenden Abschnitte der Keimschicht bildet die Metallisierungsstruktur 256. Die Metallisierungsstruktur 256 enthält Leiterbahnen auf der Hauptoberfläche der dielektrischen Schicht 246, die sich entlang dieser erstrecken. Die Metallisierungsstruktur 256 enthält ferner leitfähige Durchkontaktierungen 258, die sich so durch die dielektrische Schicht 246 erstrecken, dass sie räumlich und elektrisch mit den leitfähigen Durchkontaktierungen 216 verbunden sind, und leitfähige Durchkontaktierungen 260, die sich so durch die dielektrische Schicht 246 erstrecken, dass sie räumlich und elektrisch mit den Kontaktpads 104 des Sensor-Die 100 verbunden sind.
  • In 15 werden dann der Photoresist 254 und Teile der Keimschicht entfernt, auf denen das leitfähige Material nicht ausgebildet ist. Der Photoresist kann durch ein geeignetes Veraschungs- oder Abziehverfahren entfernt werden, beispielsweise unter Verwendung eines Sauerstoffplasmas oder dergleichen. Nachdem der Photoresist entfernt ist, werden freiliegende Abschnitte der Keimschicht entfernt, beispielsweise unter Verwendung eines geeigneten Ätzprozesses, beispielsweise durch Nass- oder Trockenätzen. Durch Entfernen des Photoresist 254 und der Keimschicht wird der Sensorbereich 110 durch die Öffnung 250 in der dielektrischen Schicht 246 freigelegt.
  • In 16 wird die dielektrische Schicht 262 gemäß einigen Ausführungsformen auf der Metallisierungsstruktur 256 und der dielektrischen Schicht 246 abgeschieden und strukturiert, so dass die vorderseitige Umverteilungsstruktur 264 ausgebildet ist. Die dielektrische Schicht 262 kann auf ähnliche Weise wie die dielektrische Schicht 246 ausgebildet werden und kann aus demselben Material wie die dielektrische Schicht 246 ausgebildet sein. Die dielektrische Schicht 262 wird so strukturiert, dass der Sensorbereich 110 des Sensor-Die 100 freigelegt ist. Auf diese Weise wird die Öffnung 250 durch die dielektrische Schicht 262 verlängert. Die Strukturierung der dielektrischen Schicht 262 kann auf ähnliche Weise wie die Strukturierung der dielektrischen Schicht 246 durchgeführt werden. Nach dem Strukturieren der dielektrischen Schicht 262 hat die Öffnung 250 eine Tiefe D1, die sich von einer Hauptoberfläche der dielektrischen Schicht 262 zu einer obersten Fläche des Sensor-Die 100 erstreckt. In einigen Ausführungsformen liegt die Tiefe D1 in einem Bereich zwischen etwa 2 µm und etwa 100 µm.
  • Die Öffnung 250 erstreckt sich durch die dielektrischen Schichten 246 und 262 der vorderseitigen Umverteilungsstruktur 264. Die Metallisierungsstruktur 256 ist in der Öffnung 250 nicht ausgebildet, so dass die Öffnung 250 frei von den Materialien der vorderseitigen Umverteilungsstruktur 264 ist (z. B. Materialien der Metallisierungsstruktur 256 und der dielektrischen Schichten 246 und 262). In einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Schicht 262 so strukturiert, dass der Teil der Öffnung, der sich durch das Dielektrikum 262 erstreckt, eine größere Breite als der Teil der Öffnung aufweist, der sich durch die dielektrische Schicht 246 erstreckt. Beispielsweise kann die Seitenwand der dielektrischen Schicht 262 von der Seitenwand der dielektrischen Schicht 246 um eine Breite W2 versetzt sein, die zwischen etwa 0 µm und etwa 100 µm liegt, beispielsweise etwa 20 µm. In einigen Fällen kann ein größerer Versatz einen größere Exponiertheit des Sensorbereichs 110 gegenüber der erfassten Umgebung ermöglichen, was die Empfindlichkeit und Reaktionsfähigkeit des Erfassungsvorgangs erhöhen kann.
  • In 17 wird ein Trägersubstrat-Debonding-Prozess durchgeführt, um das Trägersubstrat 202 vom Klebstoff 228 und der rückseitigen Umverteilungsstruktur 206 (z. B. der dielektrischen Schicht 208) zu lösen („Debonding“). Durch die dielektrische Schicht 208 werden dann gemäß einigen Ausführungsformen Öffnungen ausgebildet, um Teile der Metallisierungsstruktur 210 und/oder der leitfähigen Durchkontaktierungen 216 freizulegen. In einigen Ausführungsformen umfasst der Debonding-Prozess ein Projizieren eines Lichts wie eines Laserlichts oder eines UV-Lichts auf die Trennschicht 204, so dass sich die Trennschicht 204 unter der Wärme des Lichts zersetzt und das Trägersubstrat 202 entfernt werden kann. Die Struktur wird dann umgedreht und auf ein Band 160 gelegt. Die Öffnungen in der dielektrischen Schicht 208 können beispielsweise unter Verwendung von Laserbohren, Ätzen oder dergleichen ausgebildet werden. Ein Reinigungsprozess kann nach einem Laserbohrprozess durchgeführt werden, um verbleibende Rückstände (z. B. der dielektrischen Schicht 208) zu entfernen.
  • In 18 werden gemäß einigen Ausführungsformen leitfähige Verbinder 266 in den Öffnungen in der dielektrischen Schicht 208 ausgebildet, so dass das Sensor-Package 200 ausgebildet ist. Die leitfähigen Verbinder 266 können räumlich und elektrisch mit der Metallisierungsstruktur 210 und/oder den leitfähigen Durchkontaktierungen 216 verbunden sein. Die leitfähigen Verbinder 266 können ein leitfähiges Material wie Lot, Kupfer, Aluminium, Gold, Nickel, Silber, Palladium, Zinn, dergleichen oder eine Kombination davon aufweisen. In einigen Ausführungsformen werden die leitfähigen Verbinder 266 ausgebildet, indem anfänglich eine Lotschicht durch solche üblicherweise verwendeten Verfahren wie Verdampfen, Galvanisieren, Drucken, Lottransfer, Kugelplatzierung oder dergleichen ausgebildet wird. Nachdem eine Schicht aus Lot auf der Struktur ausgebildet ist, kann ein Aufschmelzen durchgeführt werden, um das Material in die gewünschte Höckerform zu formen. In einigen Ausführungsformen enthalten die leitfähigen Verbinder 266 Flussmittel und werden in einem Flussmittel-Tauchprozess ausgebildet. In einigen Ausführungsformen weisen die leitfähigen Verbinder 266 eine leitfähige Paste wie Lotpaste, Silberpaste oder dergleichen auf und werden in einem Druckprozess abgegeben.
  • In einigen Ausführungsformen werden mehrere Sensor-Packages 200 auf einem einzelnen Trägersubstrat 202 ausgebildet, und ein Vereinzelungsprozess wird durchgeführt, um die einzelnen Sensor-Packages 200 auszubilden. Der Vereinzelungsprozess kann beispielsweise Sägen, Laserbohren oder dergleichen sein. Durch Ausbilden eines Sensor-Package 200 wie hierin beschrieben (z. B. unter Verwendung einer Opferschicht 112 und Entfernen der Opferschicht 112 unter Verwendung eines Trockenätzprozesses) kann die Dicke des Sensor-Package 200 verringert werden. Zusätzlich kann der Sensorbereich 110 näher an der Oberseite des Sensor-Package 200 (z. B. der Oberseite der dielektrischen Schicht 262) ausgebildet werden, was die Erfassungsleistung verbessern kann.
  • In 19 wird das Sensor-Package 200 gemäß einigen Ausführungsformen unter Verwendung der leitfähigen Verbinder 266 an einem Packagesubstrat 302 angebracht, um eine Sensorvorrichtung 300 auszubilden. Das Packagesubstrat 302 kann aus einem Halbleitermaterial wie Silizium, Germanium, Diamant oder dergleichen bestehen. Alternativ können auch Verbindungsmaterialien wie Siliziumgermanium, Siliziumkarbid, Galliumarsen, Indiumarsenid, Indiumphosphid, Siliziumgermaniumkarbid, Galliumarsenphosphid, Galliumindiumphosphid, Kombinationen davon und dergleichen verwendet werden. Zusätzlich kann das Packagesubstrat 302 ein SOI-Substrat sein. Im Allgemeinen weist ein SOI-Substrat eine Schicht aus einem Halbleitermaterial wie epitaktischem Silizium, Germanium, Siliziumgermanium, SOI, SGOI oder Kombinationen davon auf. Das Packagesubstrat 302 basiert in einer alternativen Ausführungsform auf einem isolierenden Kern wie einem glasfaserverstärkten Harzkern. Ein Beispiel für ein Kernmaterial ist ein Glasfaserharz wie FR4. Alternativen für das Kernmaterial enthalten Bismaleimid-Triazin-BT-Harz oder alternativ andere PCB-Materialien oder -Filme. Aufbaufolien wie ABF oder andere Laminate können für das Packagesubstrat 302 verwendet werden.
  • Das Packagesubstrat 302 kann aktive und passive Vorrichtungen (nicht gezeigt) aufweisen. Wie Durchschnittsfachleute erkennen werden, kann eine breite Vielfalt von Vorrichtungen wie Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, Kombinationen davon und dergleichen verwendet werden, um die strukturellen und funktionellen Anforderungen des Entwurfs für die Sensorvorrichtung 300 zu erfüllen. Die Vorrichtungen können unter Verwendung beliebiger geeigneter Verfahren hergestellt werden.
  • Das Packagesubstrat 302 kann auch Metallisierungsschichten und Durchkontaktierungen (nicht gezeigt) und Bondpads 304 über den Metallisierungsschichten und Durchkontaktierungen enthalten. Die Metallisierungsschichten können über den aktiven und passiven Vorrichtungen ausgebildet und so ausgelegt sein, dass sie die verschiedenen Vorrichtungen verbinden, um funktionale Schaltungen auszubilden. Die Metallisierungsschichten können aus abwechselnden Schichten aus einem Dielektrikum (z. B. einem Low-k-Dielektrikum) und leitfähigem Material (z. B. Kupfer) ausgebildet sein, wobei Durchkontaktierungen die Schichten aus leitfähigem Material miteinander verbinden, und können durch einen beliebigen geeigneten Prozess (z. B. Abscheidung, Damascene, Dual-Damascene oder ähnliches) ausgebildet werden. In einigen Ausführungsformen ist das Packagesubstrat 302 im Wesentlichen frei von aktiven und passiven Vorrichtungen.
  • In einigen Ausführungsformen werden die leitfähigen Verbinder 266 aufgeschmolzen, um das Sensor-Package 200 an den Bondpads 304 zu befestigen. Die leitfähigen Verbinder 266 verbinden das Packagesubstrat 302, beispielsweise die Metallisierungsschichten im Packagesubstrat 302, elektrisch und/oder räumlich mit dem Sensor-Package 200. In einigen Ausführungsformen können passive Vorrichtungen (z. B. Oberflächenmontagevorrichtungen (SMDs), nicht gezeigt) an der Sensorvorrichtung 300 angebracht (z. B. mit den Bondpads 304 verbunden) werden, bevor diese auf dem Packagesubstrat 302 montiert wird. In solchen Ausführungsformen können die passiven Vorrichtungen mit derselben Oberfläche der Sensorvorrichtung 300 wie die leitfähigen Verbinder 266 verbunden sein.
  • Die leitfähigen Verbinder 266 können ein Epoxidflussmittel (nicht gezeigt) aufweisen, das darauf ausgebildet wird, bevor sie aufgeschmolzen werden, wobei mindestens ein Teil des Epoxidanteils des Epoxidflussmittels verbleibt, nachdem das Sensor-Package 200 an dem Packagesubstrat 302 angebracht ist. Dieser verbleibende Epoxidanteil kann als Unterfüllung dienen, um Spannungen zu verringern und die Verbindungen zu schützen, die von dem Aufschmelzen der leitfähigen Verbinder 266 stammen. In einigen Ausführungsformen kann eine Unterfüllung (nicht gezeigt) zwischen dem Sensor-Package 200 und dem Packagesubstrat 302 ausgebildet werden, die die leitfähigen Verbinder 266 umgibt. Die Unterfüllung kann durch einen Kapillarstromprozess ausgebildet werden, nachdem das Sensor-Package 200 angebracht ist, oder kann durch ein geeignetes Abscheidungsverfahren ausgebildet werden, bevor das Sensor-Package 200 angebracht wird.
  • Die 20 bis 28 zeigen ein Ausbilden eines Sensor-Package 400 und einer Sensorvorrichtung 500 gemäß einigen Ausführungsformen. Das Sensor-Package 400 (siehe 27) ist gemäß einigen Ausführungsformen ein Package, das den Sensor-Die 100 enthält, und die Sensorvorrichtung 500 (siehe 28) ist eine Vorrichtung, die das Sensor-Package 400 enthält. Der in den 20 bis 28 gezeigte Prozess ähnelt dem in den 10 bis 19 gezeigten, der das Sensor-Package 200 und die Sensorvorrichtung 300 ausbildet, außer dass ein Nassätzprozess verwendet wird, um die Opferschicht 112 von dem Sensor-Die 100 zu entfernen. Dementsprechend kann das Material der Opferschicht 112 ein Material sein, das so ausgewählt ist, dass es durch einen Nassätzprozess entfernt werden kann. In einigen Fällen ähneln bestimmte Prozessschritte oder -merkmale in den 20 bis 26 gezeigten Ausführungsform analogen Prozessschritten oder -merkmalen der in den 10 bis 19 gezeigten Ausführungsform, und daher werden einige Details nicht wiederholt.
  • In 20 wird ein Nassätzprozess durchgeführt, um die Opferschicht 112 der in 9 gezeigten Struktur gemäß einigen Ausführungsformen zu entfernen. Wie in 20 gezeigt, entfernt der Nassätzprozess die Opferschicht 112 über dem Sensor-Die 100 und bildet eine Vertiefung 244 in der Einkapselung 242, die den Sensorbereich 110 und die Pads 104 des Sensor-Die 100 freilegt. In einigen Fällen ätzt der Nassätzprozess Teile der Einkapselung 242 sehr wenig oder gar nicht, was eine Vertiefung 244 mit nach innen geneigten oberen Seitenwänden ausbilden kann, wie in 20 gezeigt. In einigen Ausführungsformen können obere Abschnitte der Seitenwände der Vertiefung 244 einen Winkel A5 in Bezug auf eine seitliche Richtung aufweisen, der zwischen etwa 105 Grad und etwa 150 Grad liegt. In einigen Fällen können durch Ausbilden einer Vertiefung 244 mit nach innen geneigten oberen Seitenwänden nachfolgend ausgebildete Schichten wie die dielektrische Schicht 246 eine gleichmäßigere Topographie aufweisen, was die photolithographische Variabilität (z. B. der Öffnungen 248, 250 und 252) verringern kann und die Dickenvariabilität in nachfolgend ausgebildeten leitfähigen Merkmalen (z. B. der Metallisierungsstruktur 256) verringern kann.
  • Das Nassätzverfahren kann beispielsweise ein Eintauchen der Struktur in ein nasschemisches Gemisch umfassen, das ein Lösungsmittel wie DMSO, NMP, IPA oder dergleichen und ein oder mehrere Additive wie einen Cu-Korrosionsinhibitor, einen Stabilisator, dergleichen oder eine Kombination davon enthält. In einigen Ausführungsformen kann das nasschemische Gemisch während des Nassätzprozesses eine Temperatur zwischen etwa 25 °C und etwa 90 °C haben, beispielsweise etwa 50 °C. In einigen Ausführungsformen kann der Nassätzprozess für eine Zeitdauer zwischen etwa 30 Sekunden und etwa 600 Sekunden durchgeführt werden, beispielsweise etwa 120 Sekunden. In einigen Fällen kann die Durchführung des Nassätzprozesses für etwa 120 Sekunden ausreichen, um die Opferschicht 112 angemessen zu ätzen, und eine Trocknungszeit von 10 Minuten oder weniger kann ausreichen, um die Struktur nach Durchführung des Nassätzprozesses zu trocknen. In einigen Fällen kann die Verwendung eines Nassätzprozesses zum Entfernen der Opferschicht 112 die Gesamtverarbeitungszeit oder die Gesamtkosten für ein Sensor-Package verringern.
  • In einigen Fällen werden nach dem Durchführen des Nassätzprozesses die leitfähigen Durchkontaktierungen 216 unter die Oberseite der Einkapselung 242 vertieft. In einigen Fällen können die leitfähigen Durchkontaktierungen 216 zwischen etwa 0,7 µm und etwa 2 µm unter die Einkapselung 242 vertieft werden. In einigen Fällen behalten die Oberflächen der Einkapselung 242 und/oder der Passivierungsfilme 106 nach Durchführung des Nassätzprozesses einen geringen Rauheitsgrad (z. B. Ra von weniger als etwa 0,5 µm, beispielsweise etwa 0,03 µm) bei. In einigen Ausführungsformen ist die Oberfläche der Einkapselung 242 nach Durchführung des Nassätzprozesses im Wesentlichen flach. In einigen Fällen wird das Füllmaterial der Einkapselung 242 durch den Nassätzprozess freigelegt, und die freiliegenden Oberflächen des Füllmaterials sind nach Durchführung des Nassätzprozesses im Wesentlichen flach. In einigen Ausführungsformen wirkt der Nassätzprozess auch als Reinigungsprozess zum Entfernen von Rückständen oder Partikeln, und ein getrennter Reinigungsprozess wird nach dem Nassätzprozess nicht durchgeführt.
  • Die 21 bis 26 zeigen ein Ausbilden einer vorderseitigen Umverteilungsstruktur 264 (siehe 26) über den leitfähigen Durchkontaktierungen 216, der Einkapselung 242 und dem Sensor-Die 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Die vorderseitige Umverteilungsstruktur 264 enthält eine dielektrische Schicht 246, eine Metallisierungsstruktur 256 und eine dielektrische Schicht 262. Die hier beschriebene vorderseitige Umverteilungsstruktur 264 kann verwendet werden, um leitfähige Merkmale (z. B. die leitfähigen Durchkontaktierungen 216) elektrisch mit dem Sensor-Die 100 zu verbinden. Durch Ausbilden einer vorderseitigen Umverteilungsstruktur 264 wie hierin beschrieben kann ein Sensor-Package mit einer geringeren Größe (z. B. Dicke oder Fläche) ausgebildet werden. Beispielsweise kann eine vorderseitige Umverteilungsstruktur 264 verwendet werden, um elektrische Verbindungen in einem Sensor-Package auszubilden, anstatt eine Drahtbonding-Technik zu verwenden. Die vorderseitige Umverteilungsstruktur 264 kann eine geringere Gesamtdicke als bei Drahtbonden aufweisen, was zu einem dünneren Sensor-Package führt. Zusätzlich kann die Verwendung einer relativ dünnen Umverteilungsstruktur 264 auf der Vorderseite ermöglichen, dass der Sensorbereich 110 des Sensor-Die 100 näher an der Außenfläche des Sensor-Package liegt. Dies erlaubt es, dass der Sensorbereich 110 näher an der zu erfassenden Umgebung liegt, was Empfindlichkeit und Ansprechzeit des Erfassungsvorgangs verbessern kann.
  • In 21 wird die dielektrische Schicht 246 gemäß einigen Ausführungsformen über der Struktur abgeschieden. Wie in 21 gezeigt, können die Oberseiten der dielektrischen Schicht 246 in Bereichen über der Einkapselung 242 höher und in Bereichen über dem Sensor-Die 100 niedriger sein. In weiteren Ausführungsformen sind die Oberseiten der dielektrischen Schicht 246 über der Einkapselung 242 und über dem Sensor-Die 100 etwa plan. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 246 eine Dicke T4 über dem Sensor-Die 100 aufweisen, die zwischen etwa 5 µm und etwa 150 µm liegt. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 246 über dem Sensor-Die 100 eine Höhe über der rückseitigen Umverteilungsstruktur 206 aufweisen, die niedriger als eine Höhe der Einkapselung 242 über der rückseitigen Umverteilungsstruktur 206 ist. Mit anderen Worten kann die Dicke T4 kann derart sein, dass eine Oberseite der dielektrischen Schicht 246 unter einer Oberseite der Einkapselung 242 liegt. In einigen Ausführungsformen liegt eine Dicke T5 zwischen einem oberen Eckbereich der Einkapselung 242 und einer Oberseite der dielektrischen Schicht 246 zwischen etwa 2 µm und etwa 10 µm. In einigen Fällen kann eine ausreichende Dicke der dielektrischen Schicht 246 nahe den oberen Ecken der Einkapselung 242 die Dickenvariabilität in nachfolgend ausgebildeten leitfähigen Merkmalen (z. B. der Metallisierungsstruktur 256) verringern. In einigen Fällen kann die dielektrische Schicht 246 über der Einkapselung 242 eine Rauheit von weniger als etwa Ra = 0,2 µm aufweisen.
  • Wie in 21 gezeigt, können Bereiche der dielektrischen Schicht 246, die sich etwa von über der Einkapselung 242 bis über den Sensor-Die 100 erstrecken, geneigte Oberseiten aufweisen. In einigen Ausführungsformen können obere Bereiche der geneigten Oberseiten einen Winkel A6 in Bezug auf eine seitliche Richtung aufweisen, der zwischen etwa 5 Grad und etwa 45 Grad liegt. In einigen Ausführungsformen können untere Abschnitte der geneigten Oberseiten einen Winkel A7 in Bezug auf eine Oberseite der dielektrischen Schicht 246 über dem Sensor-Die 100 aufweisen, der zwischen etwa 105 Grad und etwa 170 Grad liegt. In einigen Fällen können nachfolgend ausgebildete Schichten wie die dielektrische Schicht 262 durch Ausbilden der dielektrischen Schicht 246 mit geneigten Oberseiten, die sich über die Einkapselung 242 und den Sensor-Die 100 erstreckt, eine gleichmäßigere Topographie aufweisen, und die Dickenvariabilität in nachfolgend ausgebildeten leitfähigen Merkmalen (z. B. der Metallisierungsstruktur 256) kann verringert werden.
  • In 22 wird die dielektrische Schicht 246 gemäß einigen Ausführungsformen strukturiert, um Öffnungen 248, 250 und 252 auszubilden. Die Öffnungen 248 werden ausgebildet, um die leitfähigen Durchkontaktierungen 216 freizulegen, die Öffnung 250 wird ausgebildet, um den Sensorbereich 110 des Sensor-Die 100 freizulegen, und die Öffnungen 252 werden ausgebildet, um die Pads 104 des Sensor-Die 100 freizulegen. Die Strukturierung kann unter Verwendung eines geeigneten Photolithographieprozesses durchgeführt werden, beispielsweise indem die dielektrische Schicht 246 Licht ausgesetzt wird, wenn die dielektrische Schicht 246 ein lichtempfindliches Material ist, und die dielektrische Schicht 246 entwickelt wird.
  • In den 23 bis 25 wird gemäß einigen Ausführungsformen die Metallisierungsstruktur 256 der vorderseitigen Umverteilungsstruktur 264 ausgebildet. Um die Metallisierungsstruktur 256 auszubilden, wird zuerst eine Keimschicht (nicht gezeigt) über der dielektrischen Schicht 246 und in den Öffnungen 248, 250 und 252 ausgebildet, die sich durch die dielektrische Schicht 246 erstrecken. Bezugnehmend auf 23 wird dann gemäß einigen Ausführungsformen ein Photoresist 254 über der Keimschicht ausgebildet und strukturiert. Wie in 23 gezeigt, kann der Photoresist 254 so strukturiert werden, dass die leitfähigen Durchkontaktierungen 116 durch die Öffnungen 248 und die Kontaktpads 104 durch die Öffnungen 252 freigelegt sind. Die Öffnung 250 kann zumindest teilweise von dem Photoresist 254 gefüllt bleiben, um den Sensorbereich 110 des Sensor-Die 100 zu schützen.
  • In 24 wird dann gemäß einigen Ausführungsformen ein leitfähiges Material in den Öffnungen des Photoresist 254 und auf den freiliegenden Abschnitten der Keimschicht ausgebildet. Das leitfähige Material kann durch Plattieren ausgebildet werden, beispielsweise Elektroplattieren oder stromloses Plattieren oder dergleichen. Das leitfähige Material kann ein Metall wie Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium oder dergleichen oder Kombinationen davon sein. In einigen Fällen kann das leitfähige Material in unterschiedlichen Bereichen mit unterschiedlicher Dicke ausgebildet sein. Beispielsweise können Teile des leitfähigen Materials über dem Sensor-Die 100 eine höhere Dicke als Teile des leitfähigen Materials über der Einkapselung 242 aufweisen. Die Kombination des leitfähigen Materials und der darunter liegenden Abschnitte der Keimschicht bildet die Metallisierungsstruktur 256. Die Metallisierungsstruktur 256 enthält Leiterbahnen auf der Hauptoberfläche der dielektrischen Schicht 246, die sich entlang dieser erstrecken. Die Metallisierungsstruktur 256 enthält ferner leitfähige Durchkontaktierungen 258, die sich so durch die dielektrische Schicht 246 erstrecken, dass sie räumlich und elektrisch mit den leitfähigen Durchkontaktierungen 216 verbunden sind, und leitfähige Durchkontaktierungen 260, die sich so durch die dielektrische Schicht 246 erstrecken, dass sie räumlich und elektrisch mit den Kontaktpads 104 des Sensor-Die 100 verbunden sind.
  • In 25 werden dann der Photoresist 254 und Teile der Keimschicht entfernt, auf denen das leitfähige Material nicht ausgebildet ist. Der Photoresist kann durch ein geeignetes Veraschungs- oder Abziehverfahren entfernt werden, beispielsweise unter Verwendung eines Sauerstoffplasmas oder dergleichen. Nachdem der Photoresist entfernt ist, werden freiliegende Abschnitte der Keimschicht entfernt, beispielsweise unter Verwendung eines geeigneten Ätzprozesses, beispielsweise durch Nass- oder Trockenätzen. Durch Entfernen des Photoresist 254 und der Keimschicht wird der Sensorbereich 110 durch die Öffnung 250 in der dielektrischen Schicht 246 freigelegt.
  • In 26 wird die dielektrische Schicht 262 gemäß einigen Ausführungsformen auf der Metallisierungsstruktur 256 und der dielektrischen Schicht 246 abgeschieden und strukturiert, so dass die vorderseitige Umverteilungsstruktur 264 ausgebildet ist. Die dielektrische Schicht 262 kann auf ähnliche Weise wie die dielektrische Schicht 246 ausgebildet werden und kann aus demselben Material wie die dielektrische Schicht 246 ausgebildet sein. Die dielektrische Schicht 262 wird so strukturiert, dass der Sensorbereich 110 des Sensor-Die 100 freigelegt ist. Auf diese Weise wird die Öffnung 250 durch die dielektrische Schicht 262 verlängert. Nach dem Strukturieren der dielektrischen Schicht 262 hat die Öffnung 250 eine Tiefe D2, die sich von einer Hauptoberfläche der dielektrischen Schicht 262 zu einer obersten Fläche des Sensor-Die 100 erstreckt. In einigen Ausführungsformen liegt die Tiefe D2 liegt in einem Bereich zwischen etwa 2 µm und etwa 100 µm.
  • Die Öffnung 250 erstreckt sich durch die dielektrischen Schichten 246 und 262 der vorderseitigen Umverteilungsstruktur 264. Die Metallisierungsstruktur 256 ist in der Öffnung 250 nicht ausgebildet, so dass die Öffnung 250 frei von den Materialien der vorderseitigen Umverteilungsstruktur 264 ist (z. B. Materialien der Metallisierungsstruktur 256 und der dielektrischen Schichten 246 und 262). In einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Schicht 262 so strukturiert, dass der Teil der Öffnung, der sich durch das Dielektrikum 262 erstreckt, eine größere Breite als der Teil der Öffnung aufweist, der sich durch die dielektrische Schicht 246 erstreckt. Beispielsweise kann die Seitenwand der dielektrischen Schicht 262 von der Seitenwand der dielektrischen Schicht 246 um eine Breite W3 versetzt sein, die zwischen etwa o µm und etwa 50 µm liegt, beispielsweise etwa 20 µm. In einigen Fällen kann ein größerer Versatz einen größere Exponiertheit des Sensorbereichs 110 gegenüber der erfassten Umgebung ermöglichen, was die Empfindlichkeit und Reaktionsfähigkeit des Erfassungsvorgangs erhöhen kann.
  • In 27 wird ein Trägersubstrat-Debonding-Prozess durchgeführt, um das Trägersubstrat 202 vom Klebstoff 228 und der rückseitigen Umverteilungsstruktur 206 (z. B. der dielektrischen Schicht 208) zu lösen (bzw. zu „entbonden“). Durch die dielektrische Schicht 208 werden dann Öffnungen ausgebildet, um Teile der Metallisierungsstruktur 210 und/oder der leitfähigen Durchkontaktierungen 216 freizulegen. In den Öffnungen in der dielektrischen Schicht 208 werden dann leitfähige Verbinder 266 ausgebildet, so dass das Sensor-Package 400 gemäß einigen Ausführungsformen ausgebildet ist. Die leitfähigen Verbinder 266 können räumlich und elektrisch mit der Metallisierungsstruktur 210 und/oder den leitfähigen Durchkontaktierungen 216 verbunden sein.
  • In einigen Ausführungsformen werden mehrere Sensor-Packages 400 auf einem einzelnen Trägersubstrat 202 ausgebildet, und ein Vereinzelungsprozess wird durchgeführt, um die einzelnen Sensor-Packages 400 auszubilden. Der Vereinzelungsprozess kann beispielsweise Sägen, Laserbohren oder dergleichen sein. Durch Ausbilden eines Sensor-Package 400 wie hierin beschrieben (z. B. unter Verwendung einer Opferschicht 112 und Entfernen der Opferschicht 112 unter Verwendung eines Nassätzprozesses) kann die Dicke des Sensor-Package 400 verringert werden. Zusätzlich kann der Sensorbereich 110 näher an der Oberseite des Sensor-Package 400 (z. B. der Oberseite der dielektrischen Schicht 262) ausgebildet werden, was die Erfassungsleistung verbessern kann.
  • In 28 wird das Sensor-Package 400 gemäß einigen Ausführungsformen unter Verwendung der leitfähigen Verbinder 266 an einem Packagesubstrat 302 angebracht, um eine Sensorvorrichtung 500 auszubilden. Das Packagesubstrat 302 kann aktive und passive Vorrichtungen (nicht gezeigt) aufweisen. Wie Durchschnittsfachleute erkennen werden, kann eine breite Vielfalt von Vorrichtungen wie Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, Kombinationen davon und dergleichen verwendet werden, um die strukturellen und funktionellen Anforderungen des Entwurfs für die Sensorvorrichtung 500 zu erfüllen. Die Vorrichtungen können unter Verwendung beliebiger geeigneter Verfahren hergestellt werden. Das Packagesubstrat 302 kann auch Metallisierungsschichten und Durchkontaktierungen (nicht gezeigt) und Bondpads 304 über den Metallisierungsschichten und Durchkontaktierungen enthalten. In einigen Ausführungsformen ist das Packagesubstrat 302 im Wesentlichen frei von aktiven und passiven Vorrichtungen.
  • Bestimmte Ausführungsformen können bestimmte Vorteile bieten. Durch Ausbilden einer Opferschicht (z. B. der Opferschicht 112) über einem Sensor-Die (z. B. dem Sensor-Die 100), die unter Verwendung eines Nassätzprozesses oder eines Trockenätzprozesses entfernt werden kann, kann anstelle der Verwendung von Drahtbonds eine Umverteilungsstruktur ausgebildet werden, um den Sensor-Die elektrisch zu verbinden. Auf diese Weise kann ein Sensor-Die als Teil eines integrierten Fan-Out- (InFO)-Package (z. B. des Sensor-Package 200) verwendet werden. Das Verpacken eines Sensor-Die in ein InFO-Package kann eine Verringerung des Formfaktors des endgültigen Sensor-Package ermöglichen. Beispielsweise können einige InFO-Sensor-Packages dünner als Drahtbond-Sensor-Packages sein. Dies kann es erlauben, dass der Sensorbereich (z. B. der Sensorbereich 110) des Sensor-Die näher an der Außenseite des Sensor-Package liegt, was die Empfindlichkeit oder das elektrische Ansprechverhalten des Erfassungsvorgangs verbessern kann. Ferner können Drahtschleifen über dem Sensorbereich des Sensor-Die vermieden werden, wodurch auch der Abstand zwischen dem Erfassungsbereich und dem zu erfassenden Ziel oder der zu erfassenden Umgebung verringert wird, wodurch die Empfindlichkeit des Sensor-Die erhöht wird. Die mechanische Zuverlässigkeit des Sensor-Package kann auch gegenüber anderen (z. B. Drahtbond-) Verpackungsschemata verbessert werden. Der Herstellungsertrag von InFO-Packages kann auch höher sein als der von Drahtbond-Packages. Da ein InFO-Package weniger Oberfläche eines Sensor-Die freilegt als andere Verpackungsschemata, können Erfassungsbereiche des Sensor-Die leichter sauber gehalten werden, wodurch die Erfassungsgenauigkeit verbessert wird. Zusätzlich können durch Verwendung eines entfernbaren Opferfilms die Herstellungskosten oder die Gesamtverarbeitungszeit eines Sensor-Package verringert werden.
  • In einer Ausführungsform enthält eine Vorrichtung einen Sensor-Die mit einem Erfassungsbereich an einer Oberseite des Sensor-Die, eine Einkapselung, die den Sensor-Die zumindest seitlich einkapselt, eine leitfähige Durchkontaktierung, die sich durch die Einkapselung erstreckt, und eine vorderseitige Umverteilungsstruktur auf der Einkapselung und auf der Oberseite des Sensor-Die, wobei die vordere Umverteilungsstruktur mit der leitfähigen Durchkontaktierung und dem Sensor-Die verbunden ist, wobei eine Öffnung in der vorderseitigen Umverteilungsstruktur den Erfassungsbereich des Sensor-Die freilegt, und wobei die vorderseitige Umverteilungsstruktur eine erste dielektrische Schicht, die sich über die Einkapselung und die Oberseite des Sensor-Die erstreckt, eine Metallisierungsstruktur auf der ersten dielektrischen Schicht und eine zweite dielektrische Schicht enthält, die sich über die Metallisierungsstruktur und die erste dielektrische Schicht erstreckt. In einer Ausführungsform enthält die Vorrichtung eine rückseitige Umverteilungsstruktur, wobei eine Unterseite des Sensor-Die an der rückseitigen Umverteilungsstruktur angebracht ist, und wobei die leitfähige Durchkontaktierung mit der rückseitigen Umverteilungsstruktur verbunden ist. In einer Ausführungsform hat ein Teil der ersten dielektrischen Schicht, der sich über der Oberseite des Sensor-Die erstreckt, eine Dicke, die größer als die Dicke eines Teils der ersten dielektrischen Schicht ist, der sich über der Einkapselung erstreckt. In einer Ausführungsform ist die vorderseitige Umverteilungsstruktur durch eine erste Durchkontaktierung, die sich durch die erste dielektrische Schicht erstreckt, mit der leitfähigen Durchkontaktierung verbunden und ist durch eine zweite Durchkontaktierung, die sich durch die erste dielektrische Schicht erstreckt, mit dem Sensor-Die verbunden. In einer Ausführungsform ragt die leitfähige Durchkontaktierung aus der Einkapselung heraus. In einer Ausführungsform erstreckt sich die zweite dielektrische Schicht über den Sensor-Die, wobei ein vertikaler Abstand zwischen der Oberseite des Sensor-Die und einer Oberseite der zweiten dielektrischen Schicht zwischen 5 µm und 50 µm liegt. In einer Ausführungsform hat die erste dielektrische Schicht über der Oberseite des Sensor-Die eine Oberseite, die niedriger die erste dielektrische Schicht über der Einkapselung ist. In einer Ausführungsform ist die Öffnung durch eine Seitenwand der zweiten dielektrischen Schicht und eine Seitenwand der ersten dielektrischen Schicht definiert, wobei die Seitenwand der zweiten dielektrischen Schicht seitlich von der Seitenwand der ersten dielektrischen Schicht zurückgesetzt ist.
  • In einer Ausführungsform enthält ein Package einen Halbleiter-Die mit einem Kontaktpad auf einer Oberseite des Halbleiter-Die und einem Erfassungsbereich auf der Oberseite des Halbleiter-Die, eine Einkapselung, die den Halbleiter-Die umgibt, wobei die Oberseite des Halbleiter-Die frei von der Einkapselung ist, eine leitfähige Durchkontaktierung, die sich durch die Einkapselung erstreckt, wobei die leitfähige Durchkontaktierung durch die Einkapselung von dem Halbleiter-Die getrennt ist, eine erste dielektrische Schicht, die sich über eine Oberseite der Einkapselung, entlang einer Seitenwand der Einkapselung und über die Oberseite des Halbleiter-Die erstreckt, wobei die erste dielektrische Schicht eine erste Öffnung aufweist, die den Erfassungsbereich des Halbleiter-Die freilegt, eine leitfähige Schicht über einer Oberseite der ersten dielektrischen Schicht, wobei sich die leitfähige Schicht so durch die erste dielektrische Schicht erstreckt, dass sie die leitfähige Durchkontaktierung berührt, und sich so durch die erste dielektrische Schicht erstreckt, dass sie das Kontaktpad berührt, und eine zweite dielektrische Schicht über der leitfähigen Schicht, wobei die zweite dielektrische Schicht eine zweite Öffnung aufweist, die den Erfassungsbereich des Halbleiter-Die durch die erste Öffnung in der ersten dielektrischen Schicht freilegt. In einer Ausführungsform erstreckt sich die Seitenwand der Einkapselung über den Halbleiter-Die hinaus. In einer Ausführungsform hat die zweite Öffnung eine größere Breite als die erste Öffnung. In einer Ausführungsform weist ein Teil der ersten dielektrischen Schicht, der sich über den Halbleiter-Die erstreckt, eine Oberseite auf, die niedriger als eine Oberseite der Einkapselung ist. In einer Ausführungsform liegt eine Dicke der ersten dielektrischen Schicht auf der Einkapselung zwischen 2 µm und 10 µm. In einer Ausführungsform neigt sich die Seitenwand der Einkapselung vom Halbleiter-Die weg. In einer Ausführungsform hat die erste Öffnung in der ersten dielektrischen Schicht eine Breite zwischen 5 µm und 50 µm. In einer Ausführungsform ist eine Unterseite des Halbleiter-Die an einer Umverteilungsstruktur angebracht.
  • In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren ein Ausbilden einer Opferschicht auf einem Halbleiter-Die, wobei der Halbleiter-Die einen Sensor aufweist, Ausbilden einer leitfähigen Durchkontaktierung auf einer ersten Umverteilungsstruktur, Anordnen des Halbleiter-Die auf der ersten Umverteilungsstruktur neben der leitfähigen Durchkontaktierung, Verkapseln des Halbleiter-Die, der Opferschicht und der leitfähigen Durchkontaktierung mit einer Einkapselung, Planarisieren der Einkapselung so, dass die leitfähige Durchkontaktierung und die Opferschicht freigelegt werden, Entfernen der Opferschicht unter Verwendung eines Ätzprozesses, und Ausbilden einer zweiten Umverteilungsstruktur über der Einkapselung und über dem Halbleiter-Die, wobei die zweite Umverteilungsstruktur elektrisch mit der leitfähigen Durchkontaktierung und mit dem Halbleiter-Die verbunden ist, und wobei die zweite Umverteilungsstruktur eine Öffnung aufweist, die den Sensor des Halbleiter-Die freilegt. In einer Ausführungsform umfasst der Ätzprozess einen nasschemischen Ätzprozess. In einer Ausführungsform umfasst der Ätzprozess einen Plasma-Trockenätzprozess. In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren nach dem Ausbilden der Opferschicht auf dem Halbleiter-Die ein Anwenden eines Laserprozesses zum Entfernen der Opferschicht über einem Ritzbereich und ein Anwenden eines Sägeprozesses an dem Ritzbereich zum Vereinzeln des Halbleiter-Die.
  • Das Vorangehende beschreibt Merkmale von mehreren Ausführungsformen, so dass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachleute sollten anerkennen, dass sie die vorliegende Offenbarung leicht als Basis verwenden können, um weitere Prozesse und Strukturen zu entwerfen oder zu modifizieren, um die gleichen Ziele zu erreichen und/oder die gleichen Vorteile der hier eingeführten Ausführungsformen zu realisieren. Fachleute sollten auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht von dem Geist und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifikationen hier vornehmen können, ohne von dem Geist und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims (20)

  1. Vorrichtung, aufweisend: einen Sensor-Die mit einem Erfassungsbereich an einer Oberseite des Sensor-Die; eine Einkapselung, die den Sensor-Die zumindest seitlich einkapselt; eine leitfähige Durchkontaktierung, die sich durch die Einkapselung erstreckt; und eine vorderseitige Umverteilungsstruktur auf der Einkapselung und auf der Oberseite des Sensor-Die, wobei die vordere Umverteilungsstruktur mit der leitfähigen Durchkontaktierung und dem Sensor-Die verbunden ist, wobei eine Öffnung in der vorderseitigen Umverteilungsstruktur den Erfassungsbereich des Sensor-Die freilegt, und wobei die vorderseitige Umverteilungsstruktur eine erste dielektrische Schicht, die sich über die Einkapselung und die Oberseite des Sensor-Die erstreckt, eine Metallisierungsstruktur auf der ersten dielektrischen Schicht und eine zweite dielektrische Schicht aufweist, die sich über die Metallisierungsstruktur und die erste dielektrische Schicht erstreckt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine rückseitige Umverteilungsstruktur aufweist, wobei eine Unterseite des Sensor-Die an der rückseitigen Umverteilungsstruktur angebracht ist, und wobei die leitfähige Durchkontaktierung mit der rückseitigen Umverteilungsstruktur verbunden ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Teil der ersten dielektrischen Schicht, der sich über der Oberseite des Sensor-Die erstreckt, eine Dicke hat, die größer als die Dicke eines Teils der ersten dielektrischen Schicht ist, der sich über der Einkapselung erstreckt.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die vorderseitige Umverteilungsstruktur durch eine erste Durchkontaktierung, die sich durch die erste dielektrische Schicht erstreckt, mit der leitfähigen Durchkontaktierung verbunden ist, und durch eine zweite Durchkontaktierung, die sich durch die erste dielektrische Schicht erstreckt, mit dem Sensor-Die verbunden ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die leitfähige Durchkontaktierung aus der Einkapselung herausragt.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die zweite dielektrische Schicht über den Sensorchip erstreckt, wobei ein vertikaler Abstand zwischen der Oberseite des Sensor-Die und einer Oberseite der zweiten dielektrischen Schicht zwischen 5 µm und 50 µm liegt.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste dielektrische Schicht über der Oberseite des Sensor-Die eine Oberseite aufweist, die niedriger als die erste dielektrische Schicht über der Einkapselung ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Öffnung durch eine Seitenwand der zweiten dielektrischen Schicht und eine Seitenwand der ersten dielektrischen Schicht definiert ist, wobei die Seitenwand der zweiten dielektrischen Schicht seitlich von der Seitenwand der ersten dielektrischen Schicht zurückgesetzt ist.
  9. Package, aufweisend: einen Halbleiter-Die mit einem Kontaktpad auf einer Oberseite des Halbleiter-Die und einem Erfassungsbereich auf der Oberseite des Halbleiter-Die; eine Einkapselung, die den Halbleiter-Die umgibt, wobei die Oberseite des Halbleiter-Die frei von der Einkapselung ist; eine leitfähige Durchkontaktierung, die sich durch die Einkapselung erstreckt, wobei die leitfähige Durchkontaktierung durch die Einkapselung von dem Halbleiter-Die getrennt ist; eine erste dielektrische Schicht, die sich über eine Oberseite der Einkapselung, entlang einer Seitenwand der Einkapselung und über die Oberseite des Halbleiter-Die erstreckt, wobei die erste dielektrische Schicht eine erste Öffnung aufweist, die den Erfassungsbereich des Halbleiter-Die freilegt; eine leitfähige Schicht über einer Oberseite der ersten dielektrischen Schicht, wobei sich die leitfähige Schicht so durch die erste dielektrische Schicht erstreckt, dass sie die leitfähige Durchkontaktierung berührt, und sich so durch die erste dielektrische Schicht erstreckt, dass sie das Kontaktpad berührt; und eine zweite dielektrische Schicht über der leitfähigen Schicht, wobei die zweite dielektrische Schicht eine zweite Öffnung aufweist, die den Erfassungsbereich des Halbleiter-Die durch die erste Öffnung in der ersten dielektrischen Schicht freilegt.
  10. Package nach Anspruch 9, wobei sich die Seitenwand der Einkapselung über den Halbleiter-Die erstreckt.
  11. Package nach Anspruch 9 oder 10, wobei die zweite Öffnung eine größere Breite als die erste Öffnung aufweist.
  12. Package nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei ein Teil der ersten dielektrischen Schicht, der sich über den Halbleiter-Die erstreckt, eine Oberseite aufweist, die niedriger als eine Oberseite der Einkapselung ist.
  13. Package nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei eine Dicke der ersten dielektrischen Schicht auf der Einkapselung zwischen 2 µm und 10 µm liegt.
  14. Package nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei sich die Seitenwand der Einkapselung vom Halbleiter-Die weg neigt.
  15. Package nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die erste Öffnung in der ersten dielektrischen Schicht eine Breite zwischen 5 µm und 50 µm hat.
  16. Package nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei eine Unterseite des Halbleiter-Die an einer Umverteilungsstruktur angebracht ist.
  17. Verfahren, umfassend: Ausbilden einer Opferschicht auf einem Halbleiter-Die, wobei der Halbleiter-Die einen Sensor aufweist; Ausbilden einer leitfähigen Durchkontaktierung auf einer ersten Umverteilungsstruktur; Anordnen des Halbleiter-Die auf der ersten Umverteilungsstruktur neben der leitfähigen Durchkontaktierung; Verkapseln des Halbleiter-Die, der Opferschicht und der leitfähigen Durchkontaktierung mit einer Einkapselung; Planarisieren der Einkapselung so, dass die leitfähige Durchkontaktierung und die Opferschicht freigelegt werden; Entfernen der Opferschicht unter Verwendung eines Ätzprozesses; und Ausbilden einer zweiten Umverteilungsstruktur über der Einkapselung und über dem Halbleiter-Die, wobei die zweite Umverteilungsstruktur elektrisch mit der leitfähigen Durchkontaktierung und mit dem Halbleiter-Die verbunden ist, und wobei die zweite Umverteilungsstruktur eine Öffnung aufweist, die den Sensor des Halbleiter-Die freilegt.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei der Ätzprozess einen nasschemischen Ätzprozess umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, wobei der Ätzprozess einen Plasma-Trockenätzprozess umfasst.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, das ferner nach dem Ausbilden der Opferschicht auf dem Halbleiter-Die ein Anwenden eines Laserprozesses zum Entfernen der Opferschicht über einem Ritzbereich und ein Anwenden eines Sägeprozesses an dem Ritzbereich zum Vereinzeln des Halbleiter-Die umfasst.
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