專利名稱：制造光學傳感器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造光學傳感器的方法。
背景技術(shù)：
通過晶片級芯片尺寸封裝(WLCSP)工藝制造的光學傳感器是已知的。通過 mxsp工藝制造的光學傳感器通過下述方式獲得，S卩，將包括圖像拾取器件的晶片狀態(tài)半導(dǎo)體襯底和透光襯底固定在一起，并將固定的襯底分割為各個芯片。日本專利公開 No. 2006-147864公開了一種有助于減小光學傳感器的尺寸的制造晶片級芯片尺寸封裝 (WLCSP)的結(jié)構(gòu)和方法。日本專利公開No. 2010-056319公開了這樣一種方法，即，在切片部分與圖像拾取器件之間的樹脂層中形成大約150μπι的溝槽，以減小由于線膨脹系數(shù)的差異而導(dǎo)致的晶片級的WXSP的翹曲，并減小晶片被分割為片之后的翹曲。在上述制造光學傳感器的方法中，用固定構(gòu)件將半導(dǎo)體晶片和透光襯底彼此固定。然而，難以抑制在晶片和襯底被固定之后在固定構(gòu)件與透光襯底之間產(chǎn)生的氣泡。氣泡降低了當在后面的步驟中被加熱時接合表面的接合強度，并且由于半導(dǎo)體晶片和透光構(gòu)件的分離，所以降低了產(chǎn)量。此外，即使在一體化的晶片和襯底被分割為片之后，也由于余留在粘接劑層與玻璃襯底之間的氣泡降低了半導(dǎo)體器件的氣密性，所以半導(dǎo)體器件的可靠性降低。

發(fā)明內(nèi)容
一種制造光學傳感器的方法，包括以下步驟提供具有多個像素區(qū)域的半導(dǎo)體晶片；在半導(dǎo)體晶片上形成包圍每個像素區(qū)域的網(wǎng)格狀肋，所述網(wǎng)格狀肋由固定構(gòu)件形成； 提供在主表面上具有間隙部分的透光襯底，所述間隙部分具有寬度比網(wǎng)格狀肋小的溝槽和多個通孔中的至少一種；固定半導(dǎo)體晶片和透光襯底，以使得網(wǎng)格狀肋和間隙部分彼此面對；和將固定的半導(dǎo)體晶片和透光襯底切割為片，以使得每片包括一個像素區(qū)域。從以下參照附圖對示例性實施例的描述，本發(fā)明的進一步的特征將變得清楚。


圖IA至ID是顯示根據(jù)第一實施例的制造光學傳感器的工藝的截面圖。圖2A至2D是顯示根據(jù)第一實施例的制造光學傳感器的工藝的截面圖。圖3是根據(jù)第一實施例的設(shè)置在半導(dǎo)體晶片上的固定構(gòu)件的平面圖。圖4是根據(jù)第一實施例的設(shè)在透光襯底中的網(wǎng)格狀溝槽的平面圖。圖5是根據(jù)第一實施例的由通過固定構(gòu)件彼此固定的透光襯底和半導(dǎo)體晶片形成的疊層體的平面圖。圖6A和6B分別是圖ID中的部分VIA和部分VIB的放大圖，這些放大圖顯示根據(jù)第一實施例的透光襯底和半導(dǎo)體晶片通過固定構(gòu)件彼此固定的部分的截面。
圖7A至7C顯示比較示例，該比較示例顯示透光襯底和半導(dǎo)體晶片通過固定構(gòu)件彼此固定的部分的截面。圖8A至8C顯示比較示例，該比較示例顯示透光襯底和半導(dǎo)體晶片通過固定構(gòu)件彼此固定的部分的截面。圖9A和9B分別是根據(jù)第二實施例的由通過固定構(gòu)件彼此固定的透光襯底和半導(dǎo)體晶片形成的疊層體的平面圖和截面圖。
具體實施例方式在本發(fā)明中，為了在用于將透光襯底固定到半導(dǎo)體晶片的固定構(gòu)件中提供氣流通路，將半導(dǎo)體晶片固定到透光襯底，以使得形成在固定構(gòu)件上的網(wǎng)格狀肋和形成在透光襯底上的網(wǎng)格狀間隙部分彼此面對。透光襯底的間隙部分包括網(wǎng)格狀溝槽和以網(wǎng)格狀方式布置的多個通孔中的至少一個。將參照圖IA至9B對本發(fā)明的實施例進行描述。第一實施例將參照圖IA和IB對根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的制造光學傳感器的方法進行描述。首先，制備半導(dǎo)體晶片1 (圖1A)，半導(dǎo)體晶片1是其上形成有多個像素區(qū)域2的單晶硅襯底。通過使用常規(guī)的半導(dǎo)體器件制造工藝在像素區(qū)域2中形成光檢測器和晶體管。 像素區(qū)域最終構(gòu)成單個光學傳感器。在半導(dǎo)體晶片1的最上表面上形成微透鏡3。在半導(dǎo)體1與微透鏡3之間設(shè)置布線層(未顯示)。接著，在半導(dǎo)體晶片上設(shè)置用作網(wǎng)格狀肋的固定構(gòu)件4(圖1B)。設(shè)置固定構(gòu)件4， 以便通過使用下述方法用網(wǎng)格狀肋包圍每個像素區(qū)域2，在所述方法中，用作粘接劑的感光樹脂層被形成并構(gòu)圖。作為設(shè)置固定構(gòu)件4的方法，可使用涂覆UV可固化的或另一種熱可固化的液體粘接劑的方法。固定構(gòu)件4由有機材料制成。具體地講，固定構(gòu)件4是粘接材料或化合物，例如UV可固化液體粘接劑、熱固性液體粘接劑和由感光膜制成的片材粘接劑等。圖3是設(shè)置在半導(dǎo)體晶片1上的固定構(gòu)件4的平面圖。設(shè)置固定構(gòu)件4，以便包圍設(shè)有像素區(qū)域2和微透鏡3的區(qū)域。固定構(gòu)件4上的網(wǎng)格狀肋的寬度Wl優(yōu)選為從1. Omm到 2. 0mm，以確保切片之后的光學傳感器的可靠性(以下描述)和尺寸的減小。接著，制備透光襯底5 (圖1C)，該透光襯底5具有基本上與半導(dǎo)體晶片1相同的尺寸，并在一個表面中具有網(wǎng)格狀溝槽。圖4是設(shè)在透光襯底5中的網(wǎng)格狀溝槽6的平面圖。 這里，當固定構(gòu)件4與半導(dǎo)體晶片1一體化時圍繞與固定構(gòu)件4接觸的網(wǎng)格狀區(qū)域的部分 (即，透光襯底5的圍繞與像素區(qū)域2對應(yīng)的區(qū)域的部分)被稱為“間隙部分”。在間隙部分內(nèi)部設(shè)置溝槽6。設(shè)在透光襯底5中的網(wǎng)格狀溝槽6的寬度W2優(yōu)選為設(shè)置在半導(dǎo)體晶片1 上的固定構(gòu)件4上的網(wǎng)格狀肋的寬度Wl的30%到50%。透光襯底5是厚度為例如300 μ m 的玻璃襯底。溝槽6的深度優(yōu)選為透光襯底5的厚度的50%或更小，更優(yōu)選地，20%或更小，以確保透光襯底5的剛度。形成網(wǎng)格的溝槽延伸到透光襯底的邊緣。透光襯底5可由玻璃或晶體制成。為了減小翹曲，透光襯底5的線膨脹系數(shù)應(yīng)該接近于構(gòu)成半導(dǎo)體晶片1 的硅的線膨脹系數(shù)。例如，可使用硼硅酸鹽玻璃，例如PYREX(注冊商標)和TEMPAX(注冊商標)O
接著，通過固定構(gòu)件4將透光襯底5和半導(dǎo)體晶片1彼此接合，以使得透光襯底5 的在其中形成網(wǎng)格狀溝槽的表面(主表面)和半導(dǎo)體晶片1彼此面對(圖1D)。圖5是由通過固定構(gòu)件4彼此固定的透光襯底5和半導(dǎo)體晶片1形成的疊層體的平面圖。在這個疊層體中，用實線指示的溝槽設(shè)置在以網(wǎng)格狀方式布置的固定構(gòu)件4的區(qū)域中，并且溝槽在寬度方向上基本上設(shè)置在固定構(gòu)件4的中間。圖6A和6B是用圖ID中的VIA、VIB表示的部分的放大截面圖。在透光襯底5被按壓抵靠固定構(gòu)件4的接合面的同時，透光襯底5被加熱和固化，從而被牢固地接合。如圖 6A所示，由于固定構(gòu)件4，而導(dǎo)致透光襯底5通過被按壓而在變形狀態(tài)下與固定構(gòu)件4接合。如圖6B所示，在按壓消除并且透光襯底5返回到原始狀態(tài)之后，溝槽6用作與外部連通的氣流通路。因此，在固定構(gòu)件4與透光襯底5之間沒有產(chǎn)生氣泡。將參照圖7A至7C對固定構(gòu)件4與沒有溝槽6的透光襯底15之間的接合部分進行描述。圖7A顯示通過固定構(gòu)件4將平坦的透光襯底15和半導(dǎo)體晶片1彼此固定。圖7B 是用圖7A中的VIIB表示的部分的放大截面圖，該截面圖顯示透光襯底15被按壓抵靠并固定到固定構(gòu)件4的接合面。與圖6A類似，由于固定構(gòu)件4，而使透光襯底15變形。與圖6A 不同，透光襯底15通過透光襯底15與固定構(gòu)件4之間的空間而接合到固定構(gòu)件4。在按壓被消除并且透光襯底15返回到原始狀態(tài)之后，如圖7C所示，由于不存在允許所述間隔中的空氣逸出外部的氣流通路，所以在固定構(gòu)件4與透光襯底15之間產(chǎn)生氣泡。氣泡通過在后面的穿透電極形成步驟中的熱處理而膨脹。此外，從粘接劑中的熔劑或水分產(chǎn)生氣體，減小了接合面積，并引起了分離。這降低了光學傳感器的產(chǎn)量和可靠性。將參照圖8A至8C對固定構(gòu)件4與沒有溝槽的透光襯底15之間的接合部分的另一個示例進行描述。圖8A顯示通過固定構(gòu)件4而彼此固定的平坦透光襯底15和半導(dǎo)體晶片1，該固定構(gòu)件4被分割以使得在切片部分中形成間隔G。圖8B是用圖8A中的VIIIB表示的部分的放大截面圖，該截面圖顯示透光襯底15被按壓抵靠并固定到固定構(gòu)件4的接合面。與圖6A類似，由于固定構(gòu)件4，而使透光襯底15變形。雖然兩個固定構(gòu)件4之間的距離大約為150 μ m,但是與圖7B類似，透光襯底15和固定構(gòu)件4通過透光襯底15與固定構(gòu)件4之間的空間彼此接合。在按壓被消除并且透光襯底15返回到原始狀態(tài)之后，如圖8C 所示，由于不存在允許所述間隔中的空氣逸出外部的氣流通路，所以在固定構(gòu)件4與透光襯底15之間產(chǎn)生氣泡。因此，與圖7中所示的結(jié)構(gòu)類似，這降低了光學傳感器的產(chǎn)量和可靠性。因此，通過如在本發(fā)明中那樣在透光襯底中形成網(wǎng)格狀溝槽，可減少在透光襯底與固定構(gòu)件之間產(chǎn)生的氣泡。因此，可提高光學傳感器的產(chǎn)量和可靠性。將對后面的步驟進行描述。接著，減小半導(dǎo)體晶片1的厚度，在半導(dǎo)體晶片1上形成穿透電極，并在半導(dǎo)體晶片1的與透光襯底相對的表面上形成布線和連接端子(圖2A)。通過背磨、化學機械拋光 (CMP)和蝕刻中的至少一種來減小半導(dǎo)體晶片1的厚度。將處理之前厚度為700 μ m的半導(dǎo)體晶片1的厚度減小到75 μ m。將半導(dǎo)體晶片1的厚度減小到大約100 μ m使得穿透電極8 的形成容易。首先，為了在形成在半導(dǎo)體晶片表面上的多層布線部分(未顯示)中提供開口，在半導(dǎo)體晶片1上執(zhí)行蝕刻，以提供通孔。然后，形成絕緣膜7，例如硅氧化物膜。對通孔中的絕緣膜7進行蝕刻，以提供開口，然后例如用Cu對開口進行電鍍，以形成穿透電極8。在半導(dǎo)體晶片1的與透光襯底相對的表面(背面)上形成布線9。然后，通過用作絕緣構(gòu)件10的焊料抗蝕劑覆蓋半導(dǎo)體晶片1的背面，在布線9上提供開口，然后通過回流形成用作連接端子11的焊接球。在形成穿透電極的步驟中，使由半導(dǎo)體晶片1和透光襯底5形成的疊層體經(jīng)受熱處理期間的大約200°C的溫度，由于用作固定構(gòu)件4的粘接劑中含有的熔劑或水分而導(dǎo)致產(chǎn)生氣體。然而，由于產(chǎn)生的氣體可通過氣流通路排出到外部，所以接合面不分離(圖2B)。接著，將固定的半導(dǎo)體晶片1和透光襯底5切割成片，以使得每個片包括一個像素區(qū)域(圖2C)。標號12指示切割位置。從刀片切片、激光切片等選擇切割方法。由于激光切片適合用于切割變薄的半導(dǎo)體晶片，它可減小切割寬度，并且它可防止毛口發(fā)生在切割部分，所以激光切片是合適的方法。通過使切片寬度比溝槽6的寬度窄，可簡化所述工藝。 當使用切片刀片時，減小施加于刀片的載荷。由于這延長了刀片的壽命，所以可延長替換刮刀的周期，這有助于提高生產(chǎn)效率。通過激光切片，可減少處理時間。通過執(zhí)行完上述步驟，制作出光學傳感器(圖2D)。光學傳感器的示例包括CXD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器。如上所述，本實施例抑制覆蓋構(gòu)件與用于固定半導(dǎo)體晶片和覆蓋構(gòu)件的固定構(gòu)件之間的氣泡。因此，可制造可靠的光學傳感器。第二實施例圖9A和9B是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的由透光襯底和半導(dǎo)體晶片形成的疊層體的平面圖和截面圖。第二實施例與第一實施例的不同之處在于透光襯底具有通孔，而不是溝槽部分。 由于除了透光襯底的結(jié)構(gòu)之外制造工藝與根據(jù)第一實施例的制造工藝相同，所以將省略詳細描述。在圖9A和9B中，用相同的標號表示與根據(jù)第一實施例的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。以下將主要對透光襯底的結(jié)構(gòu)進行描述。如圖9A和9B所示，通孔16設(shè)在透光襯底25中的與以網(wǎng)格狀方式布置的固定構(gòu)件4對應(yīng)的區(qū)域(即，間隙部分)中。通過該結(jié)構(gòu)，固定構(gòu)件4的表面通過用作氣流通路的通孔16與外部連通。因此，可通過用作氣流通路的通孔16將透光構(gòu)件25與固定構(gòu)件4之間可能產(chǎn)生的氣體釋放到外部。網(wǎng)格狀固定構(gòu)件4的寬度優(yōu)選為從1. Omm到2. Omm,與溝槽部分類似，通孔16的直徑W2優(yōu)選為網(wǎng)格狀肋的寬度的30%到50%。通過具有通孔的透光襯底25，與如在第一實施例中那樣提供水平方向上連續(xù)的溝槽部分的情況相比，可抑制透光襯底25的抗彎剛度的降低。因此，可在不增加透光襯底的厚度的情況下保持作為當通過背磨將半導(dǎo)體晶片1打薄時的支承件的功能。通過提供根據(jù)第一實施例的溝槽部分和根據(jù)本實施例的通孔，可提高將氣體排出到外部的效率。如上所述，同樣通過本實施例，可抑制覆蓋構(gòu)件與用于固定半導(dǎo)體晶片1和覆蓋構(gòu)件的固定構(gòu)件之間的氣泡。因此，可制造可靠的光學傳感器。雖然在第一實施例中以網(wǎng)格狀方式提供連續(xù)溝槽，但是溝槽可包含一些間斷部分。另外，溝槽沒有必要必須具有V形，并且通孔沒有必要必須在平面圖中具有圓形?？梢砸曰旌戏绞教峁喜酆屯祝⒖山M合利用實施例。雖然上述肋具有網(wǎng)格狀構(gòu)造，但是如果像素區(qū)域不是矩形，則上述肋可具有任意形狀，只要它包圍像素區(qū)域即可。盡管已參照示例性實施例對本發(fā)明進行了描述，但是應(yīng)理解本發(fā)明不限于所公開的示例性實施例。將給予權(quán)利要求的范圍以最廣泛的解釋，以涵蓋所有這樣的修改以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種制造光學傳感器的方法，所述方法包括以下步驟提供具有多個像素區(qū)域的半導(dǎo)體晶片；在半導(dǎo)體晶片上形成包圍每個像素區(qū)域的網(wǎng)格狀肋，所述網(wǎng)格狀肋具有預(yù)定寬度并由固定構(gòu)件形成；提供透光襯底，在所述透光襯底的主表面上具有間隙部分，所述間隙部分具有寬度比網(wǎng)格狀肋的寬度小的溝槽和直徑比網(wǎng)格狀肋的寬度小的多個通孔中的至少一種；固定半導(dǎo)體晶片和透光襯底，以使得網(wǎng)格狀肋和間隙部分彼此面對；和將固定的半導(dǎo)體晶片和透光襯底切割為片，以使得每片包括一個像素區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在固定半導(dǎo)體晶片和透光襯底的步驟之后且在將固定的半導(dǎo)體晶片和透光襯底切割為片的步驟之前，在半導(dǎo)體晶片中形成穿透電極并在半導(dǎo)體晶片的與透光襯底相對的表面上形成布線和連接端子的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述固定構(gòu)件上的網(wǎng)格狀肋的寬度為從1. Omm到2. 0mm，設(shè)在透光襯底中的溝槽的寬度或者所述多個通孔的直徑為網(wǎng)格狀肋的寬度的30%到50%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述溝槽和所述多個通孔以網(wǎng)格狀方式布置，所述溝槽和所述多個通孔中的至少一種設(shè)置在所述間隙部分中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，在將固定的半導(dǎo)體晶片和透光襯底切割為片的步驟中，沿著設(shè)在透光襯底中的所述溝槽和所述多個通孔中的至少一種執(zhí)行切片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述提供透光襯底的步驟包括提供具有溝槽的透光襯底的步驟，并且在將固定的半導(dǎo)體晶片和透光襯底切割為片的步驟中，切片寬度比溝槽的寬度小。
全文摘要
本申請涉及一種制造光學傳感器的方法，該方法包括以下步驟提供具有多個像素區(qū)域的半導(dǎo)體晶片；在半導(dǎo)體晶片上形成包圍每個像素區(qū)域的網(wǎng)格狀肋，所述網(wǎng)格狀肋具有預(yù)定寬度并由固定構(gòu)件形成；提供透光襯底，在該透光襯底的主表面上具有間隙部分，所述間隙部分具有寬度小于網(wǎng)格狀肋的溝槽和多個通孔中的至少一種；固定半導(dǎo)體晶片和透光襯底，以使得網(wǎng)格狀肋和間隙部分彼此面對；和將固定的半導(dǎo)體晶片和透光襯底切割為片，以使得每片包括一個像素區(qū)域。
文檔編號H01L27/146GK102386198SQ20111026164
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月27日
發(fā)明者中山明哉, 小坂忠志, 松木康浩, 都筑幸司, 鈴木隆典, 長谷川真 申請人:佳能株式會社