CN111223884B - 一种光电感测器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种光电感测器及其制造方法，本发明的光电感测器利用掺杂接触区进行电信号的间接引出，防止了对焊盘的损坏。并且，在形成掺杂接触区采用原位掺杂方式，会导致该区域的应力过大，不利于布线层的连接可靠性，引出在掺杂接触区上的布线层上设置应力缓冲材料，以防止应力损毁布线层。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片封装测试制造领域，具体涉及一种光电感测器及其制造方法。
背景技术
光电感测器是摄像模组的核心部件，CMOS光电感测器与电荷耦合器件是当前两种主流光电感测器。其中，电荷耦合器件集成在单晶硅材料上，像素信号逐行逐列依此移动并在边缘出口位置依此放大，CMOS光电感测器集成在金属氧化物半导体材料上，每个像素点均带有信号放大器，像素信号可以直接扫描导出。CMOS具有低成本、设计简单、尺寸小、功耗低等优势。随着技术成熟进步，CCD已经逐渐被CMOS光电感测器取代。
现有的CMOS光电感测器，一般是先对其衬底进行有源面的盖玻璃封装，然后进行背面钻孔和布线。具体可以参见图9，盖玻璃4通过具有粘合性的间隔件3粘合于半导体衬底1上，所述半导体衬底1上具有有源区(或感测器)和多个焊盘6，为了引出电极，需要在半导体衬底1的背面形成通孔5，所述通孔5露出所述多个焊盘6，然后形成绝缘层7和布线层8，布线层8将焊盘6的信号引出至背面，布线层8被塑封层9密封且通过凸块10最终引出。该种封装方法，通孔5需要蚀刻或者钻刻到焊盘6的位置，会对焊盘6造成损伤，严重的甚至会使焊盘6脱落，其不利于电连接的可靠性。
发明内容
基于解决上述问题，本发明提供了一种光电感测器，其包括：半导体衬底、间隔件和盖玻璃；
所述盖玻璃通过所述间隔件黏附于所述半导体衬底的上表面上；
所述半导体衬底的上表面上设置有感测区和多个焊盘，所述焊盘围绕在所述感测区周围；且在所述半导体衬底的下表面设置有多个盲孔，所述多个盲孔与所述多个焊盘一一对应，且所述多个盲孔与所述多个焊盘之间留有间隔区，所述间隔区经重掺杂形成掺杂接触区；
在所述下表面和所述多个盲孔的侧壁上设置有绝缘层；
在所述绝缘层上设置有布线层，所述布线层电连接至所述掺杂接触区且延伸至所述下表面；
在所述下表面形成有树脂密封层，所述树脂密封层填充所述多个盲孔且覆盖所述下表面，所述树脂密封层在所述下表面具有开口，多个凸块形成于所述开口中。
其中，所述布线层的材质为金属，在所述布线层与所述掺杂接触区之间形成有金属硅化物层。
其中，还包括应力缓冲材料，其形成于所述多个盲孔的底部且位于所述布线层之下。
其中，所述应力缓冲材料为拉应力的氮化硅或氮氧化硅。
其中，所述重掺杂的掺杂元素为磷或砷。
为了得到上述光电感测器，本发明还提供了一种光电感测器的制造方法，其包括：
(1)提供具有多个感测区和多个焊盘的半导体衬底，并将盖玻璃通过间隔件黏合到所述半导体衬底的上表面；
(2)在所述半导体衬底的下表面形成多个盲孔，所述多个盲孔与所述多个焊盘一一对应，且所述多个盲孔与所述多个焊盘之间留有间隔区；
(3)对间隔区进行原位离子掺杂以在所述多个盲孔与所述多个焊盘之间形成掺杂接触区；
(4)在所述下表面沉积形成绝缘层并进行图案化，所述绝缘层仅覆盖所述下表面和所述多个盲孔的侧壁；
(5)在所述绝缘层上形成布线层，所述布线层电连接至所述掺杂接触区且延伸至所述下表面；
(6)在所述下表面形成树脂密封层，所述树脂密封层填充所述多个盲孔且覆盖所述下表面，所述树脂密封层在所述下表面具有开口，多个凸块形成于所述开口中。
其中，所述布线层的材质为金属，在步骤(5)中，还包括退火工艺，以在所述布线层与所述掺杂接触区之间形成金属硅化物层。
其中，在步骤(5)与步骤(6)之间，还包括形成应力缓冲材料，所述应力缓冲材料形成于所述多个盲孔的底部且位于所述布线层之下。
其中，所述应力缓冲材料为拉应力的氮化硅或氮氧化硅。
作为可选的，本发明还提供了另一种光电感测器的制造方法，其包括：
(1)提供具有多个感测区和多个焊盘的半导体衬底，并将盖玻璃通过间隔件黏合到所述半导体衬底的上表面；
(2)在所述半导体衬底的下表面形成多个盲孔，所述多个盲孔与所述多个焊盘一一对应，且所述多个盲孔与所述多个焊盘之间留有间隔区；
(3)在所述下表面沉积形成绝缘层并进行图案化，所述绝缘层仅覆盖所述下表面和所述多个盲孔的侧壁；
(4)以所述绝缘层为掩膜，对间隔区进行原位离子掺杂以在所述多个盲孔与所述多个焊盘之间形成掺杂接触区；
(5)在所述绝缘层上形成布线层，所述布线层电连接至所述掺杂接触区且延伸至所述下表面；
(6)在所述下表面形成树脂密封层，所述树脂密封层填充所述多个盲孔且覆盖所述下表面，所述树脂密封层在所述下表面具有开口，多个凸块形成于所述开口中。
根据本发明的光电感测器，其利用掺杂接触区进行电信号的间接引出，防止了对焊盘的损坏。并且，在形成掺杂接触区采用原位掺杂方式，会导致该区域的应力过大，不利于布线层的连接可靠性，引出在掺杂接触区上的布线层上设置应力缓冲材料，以防止应力损毁布线层。
附图说明
图1为本发明的光电感测器的剖视图；
图2-8为本发明的光电感测器制造方法的示意图；
图9为现有的光电感测器的剖视图。
具体实施方式
参见图1，该本发明包括半导体衬底20、间隔件25和盖玻璃26。所述半导体衬底20为传统的硅材料，其由半导体晶圆切割而得到，其包括相对的上表面21和下表面22，在所述上表面21上的多个焊盘24和感测区23，所述焊盘24电接所述感测区23，且所述焊盘24围绕在所述感测区23周围。
所述盖玻璃26通过所述间隔件25黏附于所述半导体衬底20的上表面21上；其中，所述盖玻璃26可以是具有滤光层的玻璃板，其尺寸与半导体衬底20的尺寸相当，且具有较薄的厚度。所述间隔件25可以是光固化树脂或者热固化树脂，其固化之间具有粘性，可以将所述盖玻璃26与所述半导体衬底20很好的粘附起来。
在所述半导体衬底20的下表面22设置有多个盲孔27，所述多个盲孔27与所述多个焊盘24一一对应，且所述多个盲孔27与所述多个焊盘24之间留有间隔区，所述间隔区经重掺杂形成掺杂接触区28；所述重掺杂的掺杂元素为磷或砷，该重掺杂的浓度大于1E18cm-3。
在所述下表面22和所述多个盲孔27的侧壁上设置有绝缘层29；所述绝缘层29为氧化硅、氮化硅等无机材料，且通过CVD或者PE-CVD等沉积方法形成。在所述盲孔27的底部经图案化露出所述掺杂接触区28。
在所述绝缘层29上设置有布线层30，所述布线层30电连接至所述掺杂接触区28且延伸至所述下表面22。其中，所述布线层30的材质为金属，例如铜、铝、钨、银、金等，在所述布线层30与所述掺杂接触区29之间经后退火形成有金属硅化物层31。
在所述多个盲孔27的底部还填充有应力缓冲材料32，所述应力缓冲材料32覆盖所布线层29且与所述掺杂接触区28的位置对应。该应力缓冲材料32的设置是为了缓冲掺杂所产生的衬底应力，具体将在方法中详细说明。其中，所述应力缓冲材料32为拉应力的氮化硅或氮氧化硅。
为了得到上述光电感测器，本发明还提供了一种光电感测器的制造方法，其包括：
(1)提供具有多个感测区和多个焊盘的半导体衬底，并将盖玻璃通过间隔件黏合到所述半导体衬底的上表面；
(2)在所述半导体衬底的下表面形成多个盲孔，所述多个盲孔与所述多个焊盘一一对应，且所述多个盲孔与所述多个焊盘之间留有间隔区；
(3)对间隔区进行原位离子掺杂以在所述多个盲孔与所述多个焊盘之间形成掺杂接触区；
(4)在所述下表面沉积形成绝缘层并进行图案化，所述绝缘层仅覆盖所述下表面和所述多个盲孔的侧壁；
(5)在所述绝缘层上形成布线层，所述布线层电连接至所述掺杂接触区且延伸至所述下表面；
(6)在所述下表面形成树脂密封层，所述树脂密封层填充所述多个盲孔且覆盖所述下表面，所述树脂密封层在所述下表面具有开口，多个凸块形成于所述开口中。
其中，所述布线层的材质为金属，在步骤(5)中，还包括退火工艺，以在所述布线层与所述掺杂接触区之间形成金属硅化物层。在步骤(5)与步骤(6)之间，还包括形成应力缓冲材料，所述应力缓冲材料形成于所述多个盲孔的底部且位于所述布线层之下。所述应力缓冲材料为拉应力的氮化硅或氮氧化硅。
具体的，参见图2-8，其包括以下步骤：
参见图2，提供具有多个感测区23和多个焊盘24的半导体衬底20，并将盖玻璃26通过间隔件25黏合到所述半导体衬底20的上表面21；其中所述半导体衬底20可以是硅晶圆，在粘合所述盖玻璃26之后可以通过化学机械抛光技术对所述半导体衬底20的下表面22进行减薄，以实现薄型化。
参见图3，在所述半导体衬底20的下表面22形成多个盲孔27，所述多个盲孔27与所述多个焊盘24一一对应，且所述多个盲孔27与所述多个焊盘24之间留有间隔区。所述间隔区的厚度为t，其中t介于50-200nm。形成所述多个盲孔27通过激光钻孔或者干法刻蚀实现。
接着参见图4，对间隔区进行原位离子掺杂以在所述多个盲孔27与所述多个焊盘24之间形成掺杂接触区28。该原位掺杂通过等离子体掺杂，其掺杂角度为垂直于所述上表面或下表面。该掺杂会使得间隔区的晶格结构变化，例如晶格扩大，进而使得该掺杂接触区28具有较大的应力，其是不利于电连接的。且在等离子掺杂时，会对间隔区的表面位置产生缺陷。
然后参见图5，在所述下表面22沉积形成绝缘层29并进行图案化，所述绝缘层29仅覆盖所述下表面22和所述多个盲孔27的侧壁。该图案化通过湿法刻蚀实现，该湿法刻蚀可以修复上述间隔区产生的缺陷。
参见图6，在所述绝缘层29上形成布线层30，所述布线层30电连接至所述掺杂接触区28且延伸至所述下表面22。该布线层20通过沉积金属并经图案化形成，其具有良好的电导率，且在图案化之后进行后退火，以在所述布线层20与所述掺杂接触区28的截面处形成金属硅化物层31，该金属硅化物层31对于改善电导率是有利的。
参见图7，还包括形成应力缓冲材料32，所述应力缓冲材料32形成于所述多个盲孔27的底部且位于所述布线层30之下。所述应力缓冲材料32为拉应力的氮化硅或氮氧化硅。该应力缓冲层32可以抵消或减小所述掺杂接触区28的应力，以提高电连接的可靠性。
参见图8，在所述下表面形成树脂密封层33，所述树脂密封层33填充所述多个盲孔27且覆盖所述下表面22，所述树脂密封层33在所述下表面22具有开口，多个凸块34形成于所述开口中。
最后，沿着图8的切割线C进行单体化切割以形成图1所示的光电感测器。
上述方法是先形成掺杂接触区28，然后再形成绝缘层29并进行图案化的，该方法进行图案化时可以修复掺杂所造成的间隔区表面缺陷，但是其对于原位掺杂是不利的，其需要额外的掩膜进行掺杂，作为可选的，本发明还提供了另一种光电感测器的制造方法，该方法与前面所述的方法基本类似，区别在于交换了图4和图5的顺序。即，先在所述下表面22沉积形成绝缘层29并进行图案化，所述绝缘层29仅覆盖所述下表面22和所述多个盲孔27的侧壁且露出所述间隔区；然后以所述绝缘层29为掩膜，对间隔区进行原位离子掺杂以在所述多个盲孔27与所述多个焊盘24之间形成掺杂接触区28；然后在形成布线层、应力缓冲材料、树脂密封层和凸块。该方法可以实现掩膜的减少，但是其不利于修复间隔区的表面缺陷，优选的，可以在形成掺杂接触区28之后用腐蚀液对所述掺杂接触区28进行表面修复。
本发明的光电感测器，其利用掺杂接触区进行电信号的间接引出，防止了对焊盘的损坏。并且，在形成掺杂接触区采用原位掺杂方式，会导致该区域的应力过大，不利于布线层的连接可靠性，引出在掺杂接触区上的布线层上设置应力缓冲材料，以防止应力损毁布线层。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种光电感测器的制造方法，其包括：
(1)提供具有多个感测区和多个焊盘的半导体衬底，并将盖玻璃通过间隔件黏合到所述半导体衬底的上表面；
(2)在所述半导体衬底的下表面形成多个盲孔，所述多个盲孔与所述多个焊盘一一对应，且所述多个盲孔与所述多个焊盘之间留有间隔区；
(3)对间隔区进行原位离子掺杂以在所述多个盲孔与所述多个焊盘之间形成掺杂接触区；
(4)在所述下表面沉积形成绝缘层并进行图案化，所述绝缘层仅覆盖所述下表面和所述多个盲孔的侧壁；在图案化步骤中，同时修复掺杂所造成的间隔区表面缺陷；
(5)在所述绝缘层上形成布线层，所述布线层电连接至所述掺杂接触区且延伸至所述下表面；
(6)在所述下表面形成树脂密封层，所述树脂密封层填充所述多个盲孔且覆盖所述下表面，所述树脂密封层在所述下表面具有开口，多个凸块形成于所述开口中；
其中，在步骤(5)与步骤(6)之间，还包括形成应力缓冲材料，所述应力缓冲材料形成于所述多个盲孔的底部且位于所述布线层之下。
2.根据权利要求1所述的光电感测器的制造方法，其特征在于：所述布线层的材质为金属，在步骤(5)中，还包括退火工艺，以在所述布线层与所述掺杂接触区之间形成金属硅化物层。
3.根据权利要求1所述的光电感测器的制造方法，其特征在于：所述应力缓冲材料为拉应力的氮化硅或氮氧化硅。
4.根据权利要求1所述的光电感测器的制造方法，其特征在于：所述掺杂接触区的掺杂元素为磷或砷。
5.一种光电感测器的制造方法，其包括：
(1)提供具有多个感测区和多个焊盘的半导体衬底，并将盖玻璃通过间隔件黏合到所述半导体衬底的上表面；
(2)在所述半导体衬底的下表面形成多个盲孔，所述多个盲孔与所述多个焊盘一一对应，且所述多个盲孔与所述多个焊盘之间留有间隔区；
(3)在所述下表面沉积形成绝缘层并进行图案化，所述绝缘层仅覆盖所述下表面和所述多个盲孔的侧壁；
(4)以所述绝缘层为掩膜，对间隔区进行原位离子掺杂以在所述多个盲孔与所述多个焊盘之间形成掺杂接触区；接着，在形成掺杂接触区之后用腐蚀液对所述掺杂接触区进行表面修复；
(5)在所述绝缘层上形成布线层，所述布线层电连接至所述掺杂接触区且延伸至所述下表面；
(6)在所述下表面形成树脂密封层，所述树脂密封层填充所述多个盲孔且覆盖所述下表面，所述树脂密封层在所述下表面具有开口，多个凸块形成于所述开口中；
其中，在步骤(5)与步骤(6)之间，还包括形成应力缓冲材料，所述应力缓冲材料形成于所述多个盲孔的底部且位于所述布线层之下。
6.根据权利要求5所述的光电感测器的制造方法，其特征在于：所述布线层的材质为金属，在步骤(5)中，还包括退火工艺，以在所述布线层与所述掺杂接触区之间形成金属硅化物层。
7.根据权利要求5所述的光电感测器的制造方法，其特征在于：所述应力缓冲材料为拉应力的氮化硅或氮氧化硅。
8.根据权利要求5所述的光电感测器的制造方法，其特征在于：所述掺杂接触区的掺杂元素为磷或砷。
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