专利名称：用于封装集成电路器件的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于制造集成电路器件的方法和设备以及由此产生的集成电路器件，尤其涉及集成封装(integrally packaged)的管芯。
背景技术：
众所周知，在所有集成电路器件的制造过程中的必要步骤是“封装”并且包括对处在集成电路中央的硅芯片以及硅芯片上的预定位置与外部电端子之间的电互连的机械和环境保护。
目前，采用三种主要技术用于封装半导体引线键合、卷带自动键合(TAB)和倒装芯片。
引线键合利用热能和超声能以将金键合引线焊接在芯片上的键合焊盘与封装上的接触之间。
卷带自动键合(TAB)采用铜箔带取代键合引线。配置铜箔带用于每一个具体的管芯和封装组合并包括与其相适合的铜迹线图形。可以单独地或成组地将单个引线连接到芯片上的各个键合焊盘上。
倒装芯片为具有形成在键合焊盘顶部上的焊料球、由此允许“倒装”管芯使电路侧向下并直接焊接到衬底上的集成电路管芯。不需要引线键合且可以实现相当可观的封装体空间节省。
上述技术各自具有一定的限制。引线键合和TAB键合都易于形成坏的键合且使管芯经受相对较高的温度和机械压力。从封装尺寸的观点考虑，引线键合和TAB技术都存在问题，制造的集成电路器件的管芯对封装的面积比的范围从大约10％到60％。
倒装芯片不提供封装而仅提供互连。互连会遇到焊料球以及热膨胀不匹配的一致性的问题，这将可利用的衬底限制为硅或热膨胀特性与硅相似的材料。
用于半导体的光电封装(optronic package)是公知的。用于成像的常规光电封装采用陶瓷外壳，将透明窗密封安装到该陶瓷外壳上。用于低水平的成像、发光、以及包括光检测的辐射检测的光电封装采用透明塑料外壳(clear plastic enclosure)。
常规的半导体封装术语学将术语芯片级封装定义为包括任何封装与管芯的比小于或等于1.2∶1的封装工艺。此外，封装层通常为封闭的半导体或集成电路提供保护。
在申请人已公开的PCT申请WO 95/19645中描述了用于制造其中包括具有辐射透明保护层的集成封装管芯的集成电路器件的方法和设备。
发明内容
本发明旨在提供极为紧凑的光电集成电路器件及其设备和制造技术。
因此，根据本发明的优选实施例，提供一种集成封装的光电集成电路器件，该器件包括集成电路管芯；形成在半导体电路和第一大体平坦的表面上的至少一个芯片级封装层；以及覆盖在第二大体平坦的表面上的至少一个导电体，该至少一个导电体通过直接形成在第一大体平坦的表面上的至少一个焊盘连接到电路。所述集成电路管芯包括具有第一和第二大体平坦的表面和边缘表面的结晶衬底以及形成在第一大体平坦的表面上的光电半导体电路。
根据本发明的另一优选实施例，还提供一种集成封装的光电集成电路器件，该器件包括集成电路管芯，该集成电路管芯包括具有第一和第二大体平坦的表面和边缘表面的结晶衬底以及形成在第一大体平坦的表面上的光电半导体电路；形成在半导体电路和第一大体平坦的表面上的至少一个芯片级封装层；以及覆盖在边缘表面中的至少一个上的至少一个导电体，该至少一个导电体通过直接形成在第一大体平坦的表面上的至少一个焊盘连接到电路。
根据本发明的优选实施例，至少一个芯片级封装层由玻璃、石英和蓝宝石中的至少一种形成。
根据本发明的优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括形成在第二大体平坦的表面和边缘表面上并且位于至少一个导电体下面的绝缘层。根据本发明的另一优选实施例，该绝缘层包括机械保形层(mechanically conforming layer)。
根据本发明的再一优选实施例，至少一个导电体经由大体平行于至少一个焊盘的平面并且与该平面接触电接合延伸的导电体的一部分连接到该至少一个焊盘。或者，至少一个导电体经由与至少一个焊盘的边缘接触电接合延伸的导电体的一部分连接到该至少一个焊盘。
根据本发明的另一优选实施例，通过键合层将至少一个芯片级封装层附着到第一大体平坦的表面上。根据本发明又一优选实施例，键合层具有光谱过滤器的功能性。
根据本发明的优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括与辐射透明保护表面相关的至少一个光谱过滤器。优选地，辐射透明保护表面包括顶表面和边缘表面中的至少一个。根据本发明的另一优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括彩色阵列滤光器(color array filter)。根据本发明的再一优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括整体形成在其透明保护表面上的至少一个透镜。根据本发明的又一优选实施例，至少一个芯片级封装层包括至少一个透镜。根据本发明的另一优选实施例，至少一个透镜相对于光电半导体电路保持精确固定的距离。
根据本发明的又一优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括形成在其透明保护表面上的光耦合凸起。根据本发明的再一优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括整体形成在其透明保护表面上的波导和其他的光学元件。
根据本发明的另一优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括形成在其透明保护表面上的光栅。根据本发明的再一优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括与其集成的偏光器。
根据本发明的又一优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括形成在集成电路管芯上的不同元件之间的沟槽。根据本发明的另一优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括形成在结晶衬底与至少一个封装层之间的至少一个间隙。
根据本发明的又一优选实施例，至少一个导电体经由大体平行于至少一个焊盘的平面并且与该平面接触电接合延伸的导电体的一部分连接到该至少一个焊盘。或者，根据本发明的优选实施例，至少一个导电体经由与至少一个焊盘的边缘接触电接合延伸的导电体的一部分连接到该至少一个焊盘。
根据本发明的另一优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括与辐射透明保护表面相关的至少一个光谱过滤器。根据本发明的再一优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括彩色阵列滤光器。根据本发明的又一优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括整体形成在其透明保护表面上的至少一个透镜。根据本发明的另一优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括形成在其透明保护表面上的光耦合凸起。根据本发明的又一优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括整体形成在其透明保护表面上的波导和其他的光学元件。根据本发明的再一优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括形成在其透明保护表面上的光栅。根据本发明的又一优选实施例，集成封装的光电集成电路器件还包括与其集成的偏光器。
根据本发明的另一优选实施例，提供一种制造集成封装的光电集成电路器件的方法，该方法包括提供形成在晶片上的具有第一和第二大体平坦的表面和形成在第一大体平坦的表面上的光电半导体电路的多个集成电路管芯；在半导体电路和第一大体平坦的表面上形成至少一个芯片级封装层；沿着限定在第二大体平坦的表面中的切割线将集成电路管芯彼此分离，以便限定管芯的边缘表面同时管芯保持附着到封装层；形成覆盖在第二大体平坦的表面上的至少一个导电体，该至少一个导电体通过直接形成在第一大体平坦的表面上的至少一个焊盘连接到电路；并且随后切割晶片，以限定多个封装的光电集成电路器件。
根据本发明的另一优选实施例，还提供一种制造集成封装的光电集成电路器件的方法，该方法包括提供形成在晶片上的具有第一和第二大体平坦的表面和形成在所述第一大体平坦的表面上的光电半导体电路的多个集成电路管芯；在半导体电路和第一大体平坦的表面上形成至少一个芯片级封装层；沿着限定在第二大体平坦的表面中的切割线将集成电路管芯彼此分离，以便限定管芯的边缘表面同时管芯保持附着到封装层；形成覆盖在边缘表面中的至少一个上的至少一个导电体，该至少一个导电体通过直接形成在第一大体平坦的表面上的至少一个焊盘连接到电路；并且随后切割晶片，以限定多个封装的光电集成电路器件。
根据本发明的优选实施例，制造集成封装的光电集成电路器件的方法还包括在第二大体平坦的表面和边缘表面上且在至少一个导电体的下面形成绝缘层。根据本发明的另一优选实施例，绝缘层包括机械保形层。
根据本发明的再一优选实施例，形成至少一个导电体包括形成该至少一个导电体与至少一个焊盘的边缘接触电接合的部分。或者，所述形成至少一个导电体包括形成所述至少一个导电体大体与至少一个焊盘的平面平行并与该平面接触电接合的部分。根据本发明的又一优选实施例，形成至少一个芯片级封装层包括利用键合层将至少一个芯片级封装层附着到第一大体平坦的表面。优选地，键合层具有光谱过滤器的功能性。根据本发明的再一优选实施例，形成芯片级封装层还包括在芯片级封装层的辐射透明保护表面上形成至少一个光谱过滤器。根据本发明的又一优选实施例，形成芯片级封装层还包括在芯片级封装层上形成彩色阵列滤光器。
根据本发明的另一优选实施例，形成芯片级封装层还包括在芯片级封装层的辐射透明保护表面上整体形成至少一个透镜。根据本发明的再一优选实施例，形成至少一个透镜包括使该至少一个透镜相对于光电半导体电路保持精确固定的距离。
根据发明的另一优选实施例，形成芯片级封装层还包括在芯片级封装层的辐射透明保护表面上形成光耦合凸起。根据本发明的又一优选实施例，形成芯片级封装层还包括在芯片级封装层的辐射透明保护表面上形成波导和其他的光学元件。
根据本发明的再一优选实施例，形成芯片级封装层还包括在芯片级封装层的辐射透明保护表面上形成光栅。根据本发明的另一优选实施例，形成芯片级封装层还包括在其上整体形成偏光器。
根据本发明的再一优选实施例，制造集成封装的光电集成电路器件的方法还包括在形成芯片级封装层之前在半导体电路和第一大体平坦的表面上插入隔离元件。
根据本发明的另一优选实施例，制造集成封装的光电集成电路器件的方法还包括在第二大体平坦的表面和边缘表面上且在至少一个导电体的下面形成绝缘层。根据本发明的另一优选实施例，绝缘层包括机械保形层。
根据本发明的再一优选实施例，形成至少一个导电体包括使该至少一个导电体的一部分与至少一个焊盘的平面平行并与该平面接触电接合延伸。根据本发明的又一优选实施例，形成至少一个导电体包括使该至少一个导电体的一部分延伸以与至少一个焊盘的边缘接触电接合。
根据本发明的另一优选实施例，形成至少一个芯片级封装层包括利用键合层将该至少一个芯片级封装层附着到第一大体平坦的表面。根据本发明的再一优选实施例，键合层具有光谱过滤器的功能性。
根据本发明的另一优选实施例，制造集成封装的光电集成电路器件的方法还包括在集成电路管芯的不同元件之间形成沟槽。
附图简述结合附图将从下面的详细说明中更加全面地理解和认识本发明，其中
图1A和1B分别是根据本发明优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的简化示意图和简化剖面图，该剖面图是沿图1A中的线IB-IB截取的；图1C和1D分别是根据本发明另一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的简化示意图和简化剖面图，该剖面图是沿着图1C中的线ID-ID截取的；图2A和2B是将透明保护覆盖板附着到包含根据本发明优选实施例的多个集成电路管芯的晶片的简化示意图；图3A、3B、3C、3D、3E、3F、3G、3H、3I和3J是在根据本发明优选实施例的集成封装的光电集成电路器件制造中的各个阶段的剖面图；图4是由图3J的晶片制造的集成封装的光电集成电路器件的部分切除的详细示意图；图5和6一起提供用于执行本发明方法的设备的简化方框示意图；图7A、7B和7C是根据本发明再一优选实施例构造和实施并包含光谱过滤器和/或防反射涂层的集成封装的光电集成电路器件的三个可选实施例的简化示意图；图8和9是根据本发明另一优选实施例构造和实施的具有整体形成在其透明保护表面上的波导和其他光学元件的集成封装的光电集成电路器件的两个可选实施例的简化示意图；图10A是根据本发明又一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将光栅与该集成封装的光电集成电路器件集成在一起；图10B是根据本发明又一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将至少一个透镜与该集成封装的光电集成电路器件集成在一起；图10C是根据本发明再一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将透镜与该集成封装的光电集成电路器件以离其有源表面的固定距离集成在一起；图10D是根据本发明又一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将至少一个透镜与该集成封装的光电集成电路器件集成在一起；图11A和11B分别是根据本发明优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的简化示意图和简化剖面图，该剖面图是沿图11A中的线XIB-XIB截取的；图11C和11D分别是根据本发明另一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的简化示意图和简化剖面图，该剖面图是沿图11C中的线XID-XID截取的；图12A和12B是将透明保护覆盖板附着到包含根据本发明优选实施例的多个集成电路管芯的晶片的简化示意图；图13A、13B、13C、13D、13E、13F、13G、13H、13I和13J是在根据本发明优选实施例的集成封装的光电集成电路器件制造中的各个阶段的剖面图；图14是由图13J的晶片制造的集成封装的光电集成电路器件的部分切除的详细示意图；图15和16一起提供用于执行本发明方法的设备的简化方框示意图；图17A、17B和17C是根据本发明再一优选实施例构造和实施并包含光谱过滤器和/或防反射涂层的集成封装的光电集成电路器件的三个可选实施例的简化示意图；图18和19是根据本发明另一优选实施例构造和实施的具有整体形成在其透明保护表面上的波导和其他光学元件的集成封装的光电集成电路器件的两个可选实施例的简化示意图；图20A是根据本发明又一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将光栅与该集成封装的光电集成电路器件集成在一起；图20B是根据本发明又一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将至少一个透镜与该集成封装的光电集成电路器件集成在一起；图20C是根据本发明再一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将透镜与该集成封装的光电集成电路器件以离其有源表面的固定距离集成在一起；图20D是根据本发明又一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将至少一个透镜与该集成封装的光电集成电路器件集成在一起；图21A和21B分别是根据本发明优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的简化示意图和简化剖面图，该剖面图是沿图21A中的线XXIB-XXIB截取的；图21C和21D分别是根据本发明另一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的简化示意图和简化剖面图，该剖面图是沿图21C中的线XXID-XXID截取的；图22A和22B是将透明保护绝缘覆盖板附着到包含根据本发明优选实施例的多个集成电路管芯的晶片的简化示意图；图23A、23B、23C、23D、23E、23F、23G、23H、23I、23J、23K和23L是在根据本发明优选实施例的集成封装的光电集成电路器件制造中的各个阶段的剖面图；图24是由图23L的晶片制造的集成封装的光电集成电路器件的部分切除的详细示意图；图25和26一起提供用于执行本发明方法的设备的简化方框示意图；图27A、27B和27C是根据本发明再一优选实施例构造和实施并包含光谱过滤器和/或防反射涂层的集成封装的光电集成电路器件的三个可选实施例的简化示意图；图28和29是根据本发明另一优选实施例构造和实施的具有整体形成在其透明保护表面上的波导和其他光学元件的集成封装的光电集成电路器件的两个可选实施例的简化示意图；图30A是根据本发明又一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将光栅与该集成封装的光电集成电路器件集成在一起；图30B是根据本发明又一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将至少一个透镜与该集成封装的光电集成电路器件集成在一起；图30C是根据本发明再一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将透镜与该集成封装的光电集成电路器件以离其有源表面的固定距离集成在一起；图30D是根据本发明又一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将至少一个透镜与该集成封装的光电集成电路器件集成在一起；图31A和31B分别是根据本发明优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的简化示意图和简化剖面图，该剖面图是沿图31A中的线XXXIB-XXXIB截取的；图31C和31D分别是根据本发明另一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的简化示意图和简化剖面图，该剖面图是沿图31C中的线XXXID-XXXID截取的；图32A和32B是将透明保护绝缘覆盖板附着到包含根据本发明优选实施例的多个集成电路管芯的晶片的简化示意图；图33A、33B、33C、33D、33E、33F、33G、33H、33I、33J、33K和33L是在根据本发明优选实施例的集成封装的光电集成电路器件制造中的各个阶段的剖面图；图34是由图33L的晶片制造的集成封装的光电集成电路器件的部分切除的详细示意图；图35和36一起提供用于执行本发明方法的设备的简化方框示意图；图37A、37B和37C是根据本发明再一优选实施例构造和实施并包含光谱过滤器和/或防反射涂层的集成封装的光电集成电路器件的三个可选实施例的简化示意图；图38和39是根据本发明另一优选实施例构造和实施的具有整体形成在其透明保护表面上的波导和其他光学元件的集成封装的光电集成电路器件的两个可选实施例的简化示意图；图40A是根据本发明又一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将光栅与该集成封装的光电集成电路器件集成在一起；图40B是根据本发明又一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将至少一个透镜与该集成封装的光电集成电路器件集成在一起；图40C是根据本发明再一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将透镜与该集成封装的光电集成电路器件以离其有源表面的固定距离集成在一起；图40D是根据本发明又一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的实施例的简化示意图，其中将至少一个透镜与该集成封装的光电集成电路器件集成在一起；以及图41A和41B是根据本发明又一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的简化示意图，其中在集成电路器件上的不同元件之间产生沟槽。
优选实施例的详细说明现在参考图1A-3J，其示出根据本发明优选实施例的集成电路器件，优选为光电集成电路器件，及其制造。如图1A和1B所示，集成电路器件包括相对较薄且紧凑、不受环境影响并且在机械上得到加强的集成电路封装10，优选为光电集成电路封装，该封装具有沿着其边缘表面14电镀的多个导电体12。
本发明的特定特征是导体12电连接到焊盘16，并且优选直接形成在覆盖在管芯20上的绝缘层18和19上，而不存在介于其间的封装层，例如玻璃层。绝缘层18和19可以各自包括诸如电介质层和/或钝化层的一层或多层，并且在材料和/或厚度上彼此不同，或选择地可以相同。作为另一个选择，可以排除绝缘层18和19。图1A-10C的实施例的特征还都在于导体12的平面部分位于焊盘16的平面部分上且导电接触，如图1B中清晰地示出。该结构的特定特征是焊盘16的厚度与在其中仅对于焊盘的横截面积形成连接的实施例相比没有那么重要。
根据本发明的优选实施例，导体12在边缘表面14上延伸到封装10的平面22上。该接触设置允许将封装10平面安装到电路板上。值得注意的是，在光电实施例中，集成电路封装10可以包括下述元件中的一个或多个(未示出)整体形成的二向色滤光片、滤色镜、防反射涂层、偏光器、光栅、集成波导和光耦合凸起。在非光电实施例中，通常不存在上述元件。如图1A和1B所示，光电集成电路封装10还可以包括接触凸起，例如形成在导电体12上的焊料球23，然而在形成在焊料掩模24中的孔径处，不需要焊料球23。
作为另一个选择，如图1C和1D所示，导体12没有超出边缘表面14延伸到平面22上或仅在有限的程度上延伸到平面22上，由此限定外围接触。在这种情况下，焊料掩模24通常不延伸到平面22上或者可以完全排除。
作为另外的选择，焊料理球23可以由适用于ACF接合的接触来替换，或可以包括球栅阵列(BGA)接触。
绝缘层18和19可以作为机械保形层来操作，该机械保形层适合于补偿导体12、焊料球23和管芯20的热膨胀系数之间的差。
如图1A和1B所示，优选的光电集成电路封装10还优选包括辐射透明保护覆盖板26和键合层28，例如环氧树脂层，优选为辐射透明环氧树脂层，所述键合层28用于将覆盖板26附着到管芯20，如下文所述。
应该认识到下文中所述的方法提供光电集成电路封装10，其处于定义为芯片级封装的范围内，通常面积不比芯片尺寸大20％。还应该认识到下文中所述的方法提供光电集成电路封装10，其中在晶片级执行封装工艺直到将晶片式封装切割成单独的封装管芯。
图2A和2B是将透明保护覆盖板附着到包括多个根据本发明的集成电路管芯的晶片的简化示意图。如图2A和2B所示，硅晶片30包括多个成品管芯20，其具有通过常规技术形成在其上的有源表面，并且在有源表面处将所述硅晶片30键合到覆盖板26上，由此限定键合的晶片31。
根据本发明的优选实施例，如图3A所示，晶片30包括多个成品管芯20，其具有通过常规技术形成在其上的有源表面，并且经由键合层28在有源表面处将所述硅晶片30键合到覆盖板26上。覆盖板26通常包括玻璃、石英、蓝宝石或任何其他适合的辐射透明衬底。如图3A所示，电焊盘16形成在硅晶片30的有源表面上。
覆盖板26可以是彩色的或带色彩的，以便作为光谱过滤器操作。或者，可以在覆盖板26的至少一个表面上形成二向色或彩色光谱过滤器。
本发明的特定特征是覆盖板26和键合层28对于用于光电应用的光谱区域中的辐射优选是透明的。或者，键合层28还可以用作光谱过滤器并且为了该目的可以结合适当的染料。
应该认识到，当根据本发明使用晶片时，可以省略硅晶片30的常规制造中的某些步骤。这些步骤包括在焊盘上提供通路开口、晶片背面研磨和晶片背面金属涂敷。
硅晶片30可以通过常规光刻技术在其中任何适当的位置处形成有整体的滤色器阵列。在图3A的键合步骤之前，通过常规技术在覆盖板26上形成和构造滤光器，使得滤光器平面位于覆盖板26与键合层28之间。
在上述键合步骤之后，优选地将硅晶片30从通常在400至1000微米范围内的原始厚度L1向下研磨到通常在10-250微米范围内的所降低的厚度L2，如图3B所示。利用通过将覆盖板26键合到其上所提供的附加机械强度能够允许晶片厚度的这一减小。作为另一选择，可以将硅晶片30几乎全部除去。当使用绝缘体上硅(SOI)制造技术时，这是有益的。
在可选择地减小晶片厚度之后，利用光刻工艺沿着其背面根据分割单独管芯20的预定切割线来蚀刻晶片。由此产生被蚀刻的沟槽32，其完全贯穿通常在10-250微米范围内的硅衬底的厚度延伸。在图3C中示出被蚀刻的晶片。
通常通过利用SF6、C4F8或其它适当的干法蚀刻气体的干法蚀刻工艺来实现前述蚀刻。或者，在常规硅蚀刻溶液例如2.5％的氢氟酸、50％的硝酸、10％的醋酸和37.5％的水的混合物中进行蚀刻，从而向下穿过任何场氧化层对硅进行蚀刻以暴露焊盘16，如图3C所示。作为另一选择，蚀刻溶液可以包括KOH或任何其它适当的材料。
硅蚀刻的结果是多个分离的管芯20，其中的每一个包括厚度为大约10-250微米的硅。
如图3D所示，优选地被蚀刻的沟槽32涂敷有电介质材料，例如环氧树脂、氧化硅、二氧化硅、焊料掩模，或任何其它适当的电介质材料，例如氮化硅、氮氧化硅、聚酰亚胺、BCBTM、聚对二甲苯、聚萘(polynaphthalenes)、碳氟化合物或丙烯酸盐/脂。最终的绝缘层18和19优选通过旋涂形成，或者可以通过任何适当的方法形成，例如喷涂、幕式淋涂(curtain coating)、液相淀积、物理汽相淀积、化学汽相淀积、低压化学汽相淀积、等离子体增强化学汽相淀积、快速热化学汽相淀积或大气压化学汽相淀积。
在绝缘层18和19形成之后，如图3E所示，通过任何适当的方法在每对相邻的管芯20之间的绝缘层19中形成开口36。开口36延伸穿过绝缘层19，由此暴露焊盘16。
如图3F所示，在多个分离管芯20上穿过开口36形成导电层38，以覆盖焊盘16的暴露部分以及限定绝缘层18和19的电介质材料。优选地导电层38由铝形成，或者由任何适当的导电材料或者诸如铝、铜、钛、钛钨合金或铬等材料组合物形成。
图3G示出通常利用常规光刻技术的导电层38的构图，以限定电接触管芯20上的一个或多个焊盘16的边缘并被适当电镀的多个导体12。
图3H示出晶片涂敷有保护材料层，优选为焊料掩模24或诸如聚对二甲苯、BCBTM或聚酰胺的其它保护材料，对其进行构图以便在其中限定与导体12相通的孔，通过该孔形成与导体12电接触的焊料球23(图3I)。
根据本发明的优选实施例，如图3J所示，然后沿着线40切割晶片，以提供单独的集成电路封装，每一个与图1A和1B的集成电路封装10相似。
现在参考图4，其是由图3J的晶片制造的集成封装的光电集成电路器件的部分切除的详细示意图。如图4所示，集成电路封装包括通过键合层28结合到管芯20的覆盖板26。焊盘16的表面与直接形成在电介质绝缘层18和19上的导体12电接触，如上所述。应该认识到，绝缘层18和19可以各自包括多层。
现在参考图5和6，图5和6共同示出用于制造根据本发明优选实施例的集成电路器件的设备。常规的晶片制造设备180提供晶片30。通过结合设备182，利用键合层28将每一个单独晶片30在限定有源表面一侧键合到形成覆盖板26的保护层，例如玻璃层，所述键合设备优选具有用于旋转晶片30、覆盖板26和键合层28从而获得粘合材料的均匀分布的设备。
通过研磨设备184，例如可以在市场上从日本的Disco Ltd.买到的型号为BFG 841的研磨设备，使键合的晶片31(图2B和3A)在其非有源表面侧变薄。然后优选通过光刻，例如通过利用常规旋涂光刻胶，在其非有源表面侧对键合的晶片31(图3B)进行蚀刻，所述常规旋涂光刻胶可以在市场上从Hoechst买到，商标名称为AZ 4562。
优选地利用诸如Suss MicrTech AG的型号为MA200的适当UV曝光系统185通过光刻掩模186来对光刻胶进行掩模曝光。
然后在显影槽(未示出)中使光刻胶显影，并将其烘焙，然后通常通过利用SF6、C4F8或其它适当的干法蚀刻气体的干法蚀刻工艺来对键合的晶片进行硅蚀刻。用于此目的的在市场上可以买到的设备包括由英国的Surface Technology Systems制造的干法蚀刻机188。
或者，利用处在温控槽(未示出)中的硅蚀刻溶液来实现蚀刻。用于此目的的在市场上可以买到的设备包括均由美国的Wafab Inc.制造的Chemkleen槽和WHRV循环器。适合的湿法蚀刻的常规硅蚀刻溶液为可以在市场上从英国的Micro-Image Technology Ltd.买到的Isoform硅蚀刻剂。
在执行蚀刻和光刻胶剥离之后，对晶片进行常规漂洗。最终的蚀刻晶片显示在图3C中。
晶片30中的被蚀刻的沟槽32优选涂敷有电介质材料，例如环氧树脂、氧化硅、二氧化硅、焊锡掩模，或任何其它适当的电介质材料，例如氮化硅、氮氧化硅、聚酰亚胺、BCBTM、聚对二甲苯、聚萘、碳氟化合物或丙烯酸盐/脂。最终的绝缘层18和19优选通过如步骤190所示的旋涂形成，或者可以通过任何适当的方法形成，例如喷涂、幕式淋涂、液相淀积、物理汽相淀积、化学汽相淀积、低压化学汽相淀积、等离子体增强化学汽相淀积、快速热化学汽相淀积或大气压化学汽相淀积。最终涂敷的键合晶片显示在图3D中。
在绝缘层18和19形成之后，如图3E所示，通过任何适当的方法在每对相邻的管芯20之间的绝缘层19中形成开口36。开口36延伸穿过绝缘层19，由此暴露焊盘16。通过常规光刻技术形成开口在步骤192示出并且通常采用掩模194。在常规显影(未示出)之后，可选择地在含有染色处理溶液198的槽196中对晶片进行防腐处理，如将其公开内容并入在此作为参考的下述美国专利2,507,956、2,851,385和2,796,370中的任何一篇所描述的那样。
采用通过真空淀积技术操作的导电层淀积设备200，例如由列支敦士登的Balzers AG制造的溅射机器，来在晶片30的每个管芯20的一个或多个表面上制造导电层38(图3F)。
优选地通过利用常规电淀积光刻胶，来执行导体12的构造，如图3G所示，所述常规电淀积光刻胶在市场上可以从DuPont买到、商标名称为Primecoat，或者可以从Shipley买到、商标名称为Eagle。在光刻胶槽组件202中将光刻胶施加在晶片上，所述光刻胶槽组件在市场上可以从DuPont或Shipley买到。
优选地通过UV曝光系统204利用用来限定适当的蚀刻图形的掩模205来光构造光刻胶。然后在显影槽206中使光刻胶显影，然后在处于蚀刻槽210中的金属蚀刻溶液208中对其进行蚀刻，由此提供诸如在图1A和1B中所示的导体结构。
然后，优选地通过在市场上可以从日本的Okuno买到的无电镀设备212来对图3G所示的暴露出的导体条进行镀敷。
在导体条镀敷之后，利用如参考标记214所示的焊料掩模涂敷晶片以限定焊料球23的位置(图3H)，然后以常规方法形成所述焊料球23，如参考标记215所示(图3I)。或者，可以不需要焊料球23。
然后通过切割刀216将晶片切割成单独的预封装集成电路器件(图3J)。优选地，切割刀216为厚度为2-12mil的金刚石树脂型刀(diamond resinoid blade)。最终的管芯大体如图1A和1B所示。
现在参考图7A-7C，其示出根据本发明优选实施例构造和实施的光电集成电路器件的三个可选优选实施例，该光电集成电路器件包括相对较薄且紧凑、不受环境影响并且在机械上得到加强的光电集成电路封装310，该封装具有直接镀敷在一个或多个绝缘层313上的多个导电体312而没有介于其间的封装层。优选地将焊锡掩模314形成在所示的导体312和绝缘层313上。
图7A示出二向色滤光器和/或偏光器和/或防反射涂层和/或IR涂层和/或滤色器，例如在辐射透明保护层317的至少一个面朝外部的表面316的至少一部分上形成的RGB或掩模滤光器315。面朝外部的表面316可选择地包括辐射透明保护层317的顶表面或边缘表面。图7B示出涂层318，其可以与形成在辐射透明保护层317的面朝内部的表面319的至少一部分上的涂层315相同。图7C示出在辐射透明保护层317的相应表面316和319中的每一个的至少一部分上的涂层315和318。在图7A-7C所示的三个实施例中，光电元件形成在常规厚度通常为10-250微米的硅衬底322的表面320上。表面320面向透明保护层317。辐射透明环氧树脂层328用于将保护层317附着到硅衬底322上，如上所述。
现在参考图8。图8的实施例可以与图7A的相同，其具有或不具有涂层，而且与图7A的进一步区别在于它具有形成在辐射透明保护层392上的光耦合凸起390。示出波导394经由凸起390光耦合到辐射透明保护层392。优选地凸起390由略微保形的透明有机材料形成，使得其上的机械压力使其产生轻微的形变并且能够使易消散的光波穿过与其限定的界面。
现在参考图9。图9的实施例可以与图7A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图7A的区别在于它具有通过常规集成光学技术形成在辐射透明保护层402上的波导400和其他可能的光学元件(未示出)。该设置允许经由辐射透明保护层402在形成在硅衬底404上的光电元件与波导400之间进行光通信。
现在参考图10A。图10A的实施例可以与图7A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图7A的区别在于它具有在其面朝外部的表面444上形成有光栅442的辐射透明保护层440。
现在参考图10B。图10B的实施例可以与图7A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图7A的区别在于它具有衬底，该衬底形成有至少一个透镜，并且优选形成有附着到辐射透明保护层464的面朝外部的表面462上的微透镜阵列460。应该认识到，可以在将辐射透明保护层附着到衬底之前，或在工艺中的任何随后一点，将至少一个透镜附着到辐射透明保护层464。
现在参考图10C。图10C的实施例可以与图7A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图7A的区别在于它具有衬底，该衬底形成有相对于硅衬底474的有源表面472保持精确固定距离X的至少一个透镜470。优选地通过固定在透镜470与辐射透明保护层480的面朝外部的表面478之间的中间光透射层476的精确加工，可以将该精确固定距离确定在1-10微米的精度。或者，可以排除中间层476。作为另一个选择，透镜470与有源表面472之间的距离不需要精确固定。
现在参考图10D。图10D的实施例可以与图7A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图7A的区别在于它具有包含可以包括至少一个透镜的位于外侧的表面492的辐射透明保护层490。
现在参考图11A-13J，其示出根据本发明优选实施例的集成电路器件，优选为光电集成电路器件，及其制造。如图11A和11B所示，集成电路器件包括相对较薄且紧凑、不受环境影响并且在机械上得到加强的集成电路封装510，优选为光电集成电路封装，该封装具有沿着其边缘表面514电镀的多个导电体512。
本发明的特定特征是导体512电连接到焊盘516，并且优选直接形成在覆盖在管芯520上的绝缘层518和519上，而不存在介于其间的封装层，例如玻璃层。绝缘层518和519可以各自包括诸如电介质层和/或钝化层的一层或多层，并且在材料和/或厚度上彼此不同，或选择地可以相同。作为另一个选择，可以排除绝缘层518和519。图11A-20C的实施例的特征还都在于导体512的平面部分覆盖在焊盘516的平面部分上且导电接触，如图11B中清晰地示出。
根据本发明的优选实施例，导体512在边缘表面514上延伸到封装510的平面522上。该接触设置允许将封装510平面安装到电路板上。值得注意的是，在光电实施例中，集成电路封装510可以包括下述元件中的一个或多个(未示出)整体形成的二向色滤光片、滤色镜、防反射涂层、偏光器、光栅、集成波导和光耦合凸起。在非光电实施例中，通常不存在上述元件。如图11A和11B所示，光电集成电路封装510还可以包括接触凸起，例如形成在导电体512上的焊料球523，然而在形成在焊料掩模524中的孔径处，不需要焊料球523。
作为另一个选择，如图11C和11D所示，导体512没有超出边缘表面514延伸到平面522上或仅在有限的程度上延伸到平面522上，由此限定外围接触。在这种情况下，焊料掩模524通常不延伸到平面522上或者可以完全排除。
作为另外的选择，焊料理球523可以由适用于ACF接合的接触来替换，或可以包括球栅阵列(BGA)接触。
绝缘层518和519可以作为机械保形层来操作，该机械保形层适合于补偿导体512、焊料球523和管芯520的热膨胀系数之间的差。
如图11A和11B所示，优选的光电集成电路封装510还优选包括辐射透明保护覆盖板526。
图11A和11B所示的光电集成电路封装510还包括形成在管芯520与辐射透明保护覆盖板526之间的至少一个空腔527。通过在将管芯520附着到覆盖板526时，在管芯520与覆盖板526之间与至少一个诸如环氧树脂层的键合层528一起安装至少一个隔离物529，来形成空腔527，如下文所述。或者，可以通过在将管芯520附着到覆盖板526时，在管芯520与覆盖板526之间插入至少一个隔离物529，来形成空腔527，如下文所述。应该认识到可以通过研磨或任何其它适当的方法来提供任何适当厚度的隔离元件529，使得限定空腔527以在覆盖板526与管芯520之间产生特定的固定距离。
应该认识到下文中所述的方法提供光电集成电路封装510，其处于定义为芯片级封装的范围内，通常面积不比芯片尺寸大20％。还应该认识到下文中所述的方法提供光电集成电路封装510，其中在晶片级执行封装工艺直到将晶片式封装切割成单独的封装管芯。
图12A和12B是将透明保护覆盖板附着到包括多个根据本发明的集成电路管芯的晶片的简化示意图。如图12A和12B所示，硅晶片530包括多个成品管芯520，其具有通过常规技术形成在其上的有源表面，并且在有源表面处将所述硅晶片530键合到覆盖板526上，由此限定键合的晶片531。
根据本发明的优选实施例，如图13A所示，晶片530包括多个成品管芯520，其具有通过常规技术形成在其上的有源表面，并且在有源表面处将所述硅晶片530键合到覆盖板526上，由此限定键合的晶片531。通过借助于诸如环氧树脂层的至少一个键合层528在晶片530与覆盖板526之间安装隔离物529，来在晶片530与覆盖板526之间形成空腔527。
覆盖板526通常包括玻璃、石英、蓝宝石或任何其他适合的辐射透明衬底。如图13A所示，电焊盘516形成在硅晶片530的有源表面上。
覆盖板526可以是彩色的或带色彩的，以便作为光谱过滤器操作。或者，可以在覆盖板526的至少一个表面上形成二向色或彩色光谱过滤器。
本发明的特定特征是覆盖板526和键合层528对于用于光电应用的光谱区域中的辐射优选是透明的。或者，键合层528还可以用作光谱过滤器并且为了该目的可以结合适当的染料。
应该认识到，当根据本发明使用晶片时，可以省略硅晶片530的常规制造中的某些步骤。这些步骤包括在焊盘上提供通路开口、晶片背面研磨和晶片背面金属涂敷。
硅晶片530可以通过常规光刻技术在其中任何适当的位置处形成有整体的滤色器阵列。在图13A的键合步骤之前，通过常规技术在覆盖板526上形成和构造滤光器，使得滤光器平面位于覆盖板526与至少一个空腔527之间。
在上述键合步骤之后，优选地将硅晶片530从通常在400至1000微米范围内的原始厚度L1向下研磨到通常在10-250微米范围内的所降低的厚度L2，如图13B所示。利用通过将覆盖板526键合到其上所提供的附加机械强度能够允许晶片厚度的这一减小。
在可选择地减小晶片厚度之后，利用光刻工艺沿着其背面根据分割单独管芯520的预定切割线来蚀刻晶片。由此产生被蚀刻的沟槽532，其完全贯穿通常在10-250微米范围内的硅衬底的厚度延伸。在图13C中示出被蚀刻的晶片。
通常通过利用SF6、C4F8或其它适当的干法蚀刻气体的干法蚀刻工艺来实现前述蚀刻。或者，在常规硅蚀刻溶液例如2.5％的氢氟酸、50％的硝酸、10％的醋酸和37.5％的水的混合物中进行蚀刻，从而向下穿过任何场氧化层对硅进行蚀刻以暴露焊盘516，如图13C所示。硅蚀刻的结果是多个分离的管芯520，其中的每一个包括厚度为大约10-250微米的硅。
如图13D所示，优选地被蚀刻的沟槽532涂敷有电介质材料，例如环氧树脂、氧化硅、焊料掩模，或任何其它适当的电介质材料，例如氮化硅、氮氧化硅、聚酰亚胺、BCBTM、聚对二甲苯、聚萘、碳氟化合物或丙烯酸盐/脂。最终的绝缘层518和519优选通过旋涂形成，或者可以通过任何适当的方法形成，例如喷涂、幕式淋涂、液相淀积、物理汽相淀积、化学汽相淀积、低压化学汽相淀积、等离子体增强化学汽相淀积、快速热化学汽相淀积或大气压化学汽相淀积。
在绝缘层518和519形成之后，如图13E所示，通过任何适当的方法在每对相邻的管芯520之间的绝缘层519中形成开口536。开口536延伸穿过绝缘层519，由此暴露焊盘516。
如图13F所示，在多个分离管芯520上穿过开口536形成导电层538，以覆盖焊盘516的暴露部分以及限定绝缘层518和519的电介质材料。优选地导电层538由铝形成，或者由任何适当的导电材料或者诸如铝、铜、钛、钛钨合金或铬等材料组合物形成。
图13G示出通常利用常规光刻技术的导电层538的构图，以限定电接触管芯520上的一个或多个焊盘516的边缘并被适当电镀的多个导体512。
图13H示出晶片涂敷有保护材料层，优选为焊料掩模524或诸如聚对二甲苯、BCBTM或聚酰胺的其它保护材料，对其进行构图以便在其中限定与导体512相通的孔，通过该孔形成与导体512电接触的焊料球523(图13I)。
根据本发明的优选实施例，如图13J所示，然后沿着线540切割晶片，以提供单独的集成电路封装，每一个与图11A和11B的集成电路封装510相似。
现在参考图14，其是由图13J的晶片制造的集成封装的光电集成电路器件的部分切除的详细示意图。如图14所示，集成电路封装包括通过隔离物529和键合层528结合到管芯520并且限定至少一个空腔527的覆盖板526。焊盘516的表面与优选直接形成在电介质绝缘层518和519上的导体512电接触，如上所述。应该认识到，绝缘层518和519可以各自包括多层。
现在参考图15和16，图15和16共同示出用于制造根据本发明优选实施例的集成电路器件的设备。常规的晶片制造设备680提供晶片530。利用键合设备682，通过利用键合层528的隔离物529将每一个单独晶片530在限定有源表面一侧对准然后键合到形成覆盖板526的保护层，例如玻璃层，所述键合设备优选具有用于旋转晶片530、覆盖板526、隔离物529和键合层528从而获得粘合材料的均匀分布的设备。
通过研磨设备684，例如可以在市场上从日本的Disco Ltd.买到的型号为BFG 841的研磨设备，使键合的晶片531(图12B和13A)在其非有源表面侧变薄。然后优选通过光刻，例如通过利用常规旋涂光刻胶，在其非有源表面侧对键合的晶片531(图13B)进行蚀刻，所述常规旋涂光刻胶可以在市场上从Hoechst买到，商标名称为AZ4562。
优选地利用诸如Suss MicrTech AG的型号为MA200的适当UV曝光系统685通过光刻掩模686来对光刻胶进行掩模曝光。
然后在显影槽(未示出)中使光刻胶显影，并将其烘焙，然后通常通过利用SF6、C4F8或其它适当的干法蚀刻气体的干法蚀刻工艺来对键合的晶片进行硅蚀刻。用于此目的的在市场上可以买到的设备包括由英国的Surface Technology Systems制造的干法蚀刻机688。
或者，利用处在温控槽(未示出)中的硅蚀刻溶液来实现蚀刻。用于此目的的在市场上可以买到的设备包括均由美国的Wafab Inc.制造的Chemkleen槽和WHRV循环器。适合的湿法蚀刻的常规硅蚀刻溶液为可以在市场上从英国的Micro-Image Technology Ltd.买到的Isoform硅蚀刻剂。
在执行蚀刻和光刻胶剥离之后，对键合的晶片进行常规漂洗。最终的蚀刻晶片显示在图13C中。
晶片530中的被蚀刻的沟槽532优选涂敷有电介质材料，例如环氧树脂、氧化硅、焊锡掩模，或任何其它适当的电介质材料，例如氮化硅、氮氧化硅、聚酰亚胺、BCBTM、聚对二甲苯、聚萘、碳氟化合物或丙烯酸盐/脂。最终的绝缘层518和519优选通过如步骤690所示的旋涂形成，或者可以通过任何适当的方法形成，例如喷涂、幕式淋涂、液相淀积、物理汽相淀积、化学汽相淀积、低压化学汽相淀积、等离子体增强化学汽相淀积、快速热化学汽相淀积或大气压化学汽相淀积。最终涂敷的键合晶片显示在图13D中。
在绝缘层518和519形成之后，如图13E所示，通过任何适当的方法在每对相邻的管芯520之间的绝缘层519中形成开口536。开口536延伸穿过绝缘层519，由此暴露焊盘516。通过常规光刻技术形成开口在步骤692示出并且通常采用掩模694。在常规显影(未示出)之后，可选择地在含有染色处理溶液698的槽696中对键合的晶片进行防腐处理，如将其公开内容并入在此作为参考的下述美国专利2,507,956、2,851,385和2,796,370中的任何一篇所描述的那样。
采用通过真空淀积技术操作的导电层淀积设备700，例如由列支敦士登的Balzers AG制造的溅射机器，来在晶片530的每个管芯520的一个或多个表面上制造导电层538(图13F)。
优选地通过利用常规电淀积光刻胶，来执行导体512的构造，如图13G所示，所述常规电淀积光刻胶在市场上可以从DuPont买到、商标名称为Primecoat，或者可以从Shipley买到、商标名称为Eagle。在光刻胶槽组件702中将光刻胶施加在晶片上，所述光刻胶槽组件在市场上可以从DuPont或Shipley买到。
优选地通过UV曝光系统704利用用来限定适当的蚀刻图形的掩模705来光构造光刻胶。然后在显影槽706中使光刻胶显影，然后在处于蚀刻槽710中的金属蚀刻溶液708中对其进行蚀刻，由此提供诸如在图11A和11B中所示的导体结构。
然后，优选地通过在市场上可以从日本的Okuno买到的无电镀设备712来对图13G所示的暴露出的导体条进行镀敷。
在导体条镀敷之后，利用如参考标记714所示的焊料掩模涂敷晶片以限定焊料球523的位置(图13H)，然后以常规方法形成所述焊料球523，如参考标记715所示(图13I)。或者，可以不需要焊料球523。
然后通过切割刀716将键合的晶片切割成单独的预封装集成电路器件(图13J)。优选地，切割刀716为厚度为2-12mil的金刚石树脂型刀。最终的管芯大体如图11A和11B所示。
现在参考图17A-17C，其示出根据本发明优选实施例构造和实施的光电集成电路器件的三个可选优选实施例，该光电集成电路器件包括相对较薄且紧凑、不受环境影响并且在机械上得到加强的光电集成电路封装810，该封装具有直接镀敷在一个或多个绝缘层813上的多个导电体812而没有介于其间的封装层。优选地将焊锡掩模814形成在所示的导体812和绝缘层813上。
图17A示出二向色滤光器和/或偏光器和/或防反射涂层和/或IR涂层和/或滤色器，例如在辐射透明保护层817的至少一个面朝外部的表面816的至少一部分上形成的RGB或掩模滤光器815。面朝外部的表面816可选择地包括辐射透明保护层817的顶表面或边缘表面。图17B示出涂层818，其可以与形成在辐射透明保护层817的面朝内部的表面819的至少一部分上的涂层815相同。图17C示出在辐射透明保护层817的相应表面816和819中的每一个的至少一部分上的涂层815和818。在图17A-17C所示的三个实施例中，光电元件形成在常规厚度通常为10-250微米的硅衬底822的表面820上。表面820面向透明保护层817。诸如环氧树脂层的键合层828用于将保护层817附着到硅衬底822上，如上所述。
如图17A、17B和17C所示，光电集成电路封装810还包括形成在硅衬底822与辐射透明保护层817之间的至少一个空腔827。通过在将硅衬底822附着到辐射透明保护层817时，在硅衬底822与辐射透明保护层817之间与至少一个诸如环氧树脂层的键合层828一起安装至少一个隔离物829，来形成空腔827，如下文所述。或者，可以通过在将硅衬底822附着到辐射透明保护层817时，在硅衬底822与辐射透明保护层817之间插入至少一个隔离物829，来形成空腔827，如下文所述。应该认识到可以通过研磨或任何其它适当的方法来提供任何适当厚度的隔离元件829，使得限定空腔827以在辐射透明保护层817与硅衬底822之间产生特定的固定距离。
现在参考图18。图18的实施例可以与图17A的相同，其具有或不具有涂层，而且与图17A的进一步区别在于它具有形成在辐射透明保护层892上的光耦合凸起890。示出波导894经由凸起890光耦合到辐射透明保护层892。优选地凸起890由略微保形的透明有机材料形成，使得其上的机械压力使其产生轻微的形变并且能够使易消散的光波穿过与其限定的界面。
现在参考图19。图19的实施例可以与图17A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图17A的区别在于它具有通过常规集成光学技术形成在辐射透明保护层902上的波导900和其他可能的光学元件(未示出)。该设置允许经由辐射透明保护层902在形成在硅衬底904上的光电元件与波导900之间进行光通信。
现在参考图20A。图20A的实施例可以与图17A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图17A的区别在于它具有在其面朝外部的表面944上形成有光栅942的辐射透明保护层940。
现在参考图20B。图20B的实施例可以与图17A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图17A的区别在于它具有衬底，该衬底形成有至少一个透镜，并且优选形成有附着到辐射透明保护层964的面朝外部的表面962上的微透镜阵列960。应该认识到，可以在将辐射透明保护层附着到衬底之前，或在工艺中的任何随后一点，将至少一个透镜附着到辐射透明保护层964。作为另一个选择，辐射透明保护层964的面朝外部的表面962可以包括至少一个透镜。
现在参考图20C。图20C的实施例可以与图17A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图17A的区别在于它具有衬底，该衬底形成有相对于硅衬底974的有源表面972，优选相对于光电半导体电路，保持精确固定距离X的至少一个透镜970。优选地通过隔离物529和/或固定在透镜970与辐射透明保护层980的面朝外部的表面978之间的中间光透射层976的精确加工，可以将该精确固定距离确定在1-10微米的精度。或者，可以排除中间层976。作为另一个选择，透镜970与有源表面972之间的距离不需要精确固定。
现在参考图20D。图20D的实施例可以与图17A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图17A的区别在于它具有包含可以包括至少一个透镜的位于外侧的表面992的辐射透明保护层990。
现在参考图21A-23J，其示出根据本发明优选实施例的集成电路器件，优选为光电集成电路器件，及其制造。如图21A和21B所示，集成电路器件包括相对较薄且紧凑、不受环境影响并且在机械上得到加强的集成电路封装1010，优选为光电集成电路封装，该封装具有沿着其边缘表面1014电镀的多个导电体1012。
本发明的特定特征是导体1012电连接到其边缘处的焊盘1016，并且优选直接形成在覆盖在管芯1020上的绝缘层1018和1019上，而不存在介于其间的封装层，例如玻璃层。绝缘层1018和1019可以各自包括诸如电介质层和/或钝化层的一层或多层，并且在材料和/或厚度上彼此不同，或选择地可以相同。作为另一个选择，可以排除绝缘层1018和1019。图21A-30C的实施例的特征还都在于导体1012的部分与焊盘1016的边缘导电接触，如图21B中清晰地示出。
根据本发明的优选实施例，导体1012在边缘表面1014上延伸到封装1010的平面1022上。该接触设置允许将封装1010平面安装到电路板上。值得注意的是，在光电实施例中，集成电路封装1010可以包括下述元件中的一个或多个(未示出)整体形成的二向色滤光片、滤色镜、防反射涂层、偏光器、光栅、集成波导和光耦合凸起。在非光电实施例中，通常不存在上述元件。如图21A和21B所示，光电集成电路封装1010还可以包括接触凸起，例如形成在导电体1012上的焊料球1023，然而在形成在焊料掩模1024中的孔径处，不需要焊料球1023。
作为另一个选择，如图21C和21D所示，导体1012没有超出边缘表面1014延伸到平面1022上或仅在有限的程度上延伸到平面1022上，由此限定外围接触。在这种情况下，焊料掩模1024通常不延伸到平面1022上或者可以完全排除。
作为另外的选择，焊料理球1023可以由适用于ACF接合的接触来替换，或可以包括球栅阵列(BGA)接触。
绝缘层1018和1019可以作为机械保形层来操作，该机械保形层适合于补偿导体1012、焊料球1023和管芯1020的热膨胀系数之间的差。
图21A和21B所示的集成电路封装1010，优选为光电集成电路封装，还优选包括辐射透明保护绝缘覆盖板1026和键合层1028，例如环氧树脂层，优选为辐射透明环氧树脂层，所述键合层1028用于将覆盖板1026附着到管芯1020，如下文所述。
应该认识到下文中所述的方法提供光电集成电路封装1010，其处于定义为芯片级封装的范围内，通常面积不比芯片尺寸大20％。还应该认识到下文中所述的方法提供光电集成电路封装1010，其中在晶片级执行封装工艺直到将晶片式封装切割成单独的封装管芯。
图22A和22B是将透明保护绝缘覆盖板附着到包括多个根据本发明的集成电路管芯的晶片的简化示意图。如图22A和22B所示，硅晶片1030包括多个成品管芯1020，其具有通过常规技术形成在其上的有源表面，并且在有源表面处将所述硅晶片1030键合到覆盖板1026上，由此限定键合的晶片1031。
根据本发明的优选实施例，如图23A所示，晶片1030包括多个成品管芯1020，其具有通过常规技术形成在其上的有源表面，并且经键合层1028在有源表面处将所述硅晶片1030键合到覆盖板1026上。绝缘覆盖板1026通常包括玻璃、石英、蓝宝石或任何其他适合的辐射透明衬底。如图23A所示，电焊盘1016形成在硅晶片1030的有源表面上。
覆盖板1026可以是彩色的或带色彩的，以便作为光谱过滤器操作。或者，可以在覆盖板1026的至少一个表面上形成二向色或彩色光谱过滤器。
本发明的特定特征是覆盖板1026和键合层1028对于用于光电应用的光谱区域中的辐射优选是透明的。或者，键合层1028还可以用作光谱过滤器并且为了该目的可以结合适当的染料。
应该认识到，当根据本发明使用晶片时，可以省略硅晶片1030的常规制造中的某些步骤。这些步骤包括在焊盘上提供通路开口、晶片背面研磨和晶片背面金属涂敷。
硅晶片1030可以通过常规光刻技术在其中任何适当的位置处形成有整体的滤色器阵列。在图23A的键合步骤之前，通过常规技术在覆盖板1026上形成和构造滤光器，使得滤光器平面位于覆盖板1026与键合层1028之间。
在上述键合步骤之后，优选地将硅晶片1030从通常在400至1000微米范围内的原始厚度L1向下研磨到通常在10-250微米范围内的所降低的厚度L2，如图23B所示。利用通过将覆盖板1026键合到其上所提供的附加机械强度能够允许晶片厚度的这一减小。作为另一选择，可以将硅晶片1030几乎全部除去。当使用绝缘体上硅(SOI)制造技术时，这是有益的。
在可选择地减小晶片厚度之后，利用光刻工艺沿着其背面根据分割单独管芯1020的预定切割线来蚀刻晶片。由此产生被蚀刻的沟槽1032，其完全贯穿通常在10-250微米范围内的硅衬底的厚度延伸。在图23C中示出被蚀刻的键合晶片。
通常通过利用SF6、C4F8或其它适当的干法蚀刻气体的干法蚀刻工艺来实现前述蚀刻。或者，在常规硅蚀刻溶液例如2.5％的氢氟酸、50％的硝酸、10％的醋酸和37.5％的水的混合物中进行蚀刻，从而向下穿过任何场氧化层对硅进行蚀刻以暴露焊盘1016，如图23C所示。硅蚀刻的结果是多个分离的管芯1020，其中的每一个包括厚度为大约10-250微米的硅。
如图23D所示，优选地被蚀刻的沟槽1032填充有限定绝缘层1019的绝缘材料，例如环氧树脂、焊料掩模，或任何其它适当的电介质材料，例如聚酰亚胺、BCBTM、聚氨基甲酸脂、聚萘、碳氟化合物或丙烯酸盐/脂。在形成绝缘层1019之后，如图23E所示，研磨键合的晶片1031的表面以限定平面。然后在其上形成绝缘层1018，如图23F中所示。
然后通过任何适当的方法，在被填充的沟槽1032处对键合的晶片1031进行刻槽，以在每一对相邻的管芯1020之间限定凹槽1036。凹槽1036延伸穿过绝缘层1018和1019，穿过焊盘1016由此暴露焊盘1016的边缘并穿过键合层1028，如图23G中所示。凹槽1036可以部分延伸到保护层1026中。
如图23H所示，在多个分离管芯1020上穿过开口1036形成导电层1038，以覆盖焊盘1016的暴露部分以及限定绝缘层1018和1019的电介质材料。优选地导电层1038由铝形成，或者由任何适当的导电材料或者诸如铝、铜、钛、钛钨合金或铬等材料组合物形成。
图23I示出通常利用常规光刻技术的导电层1038的构图，以限定电接触管芯1020上的一个或多个焊盘1016的边缘并被适当电镀的多个导体1012。
图23J示出键合晶片涂敷有保护材料层，优选为焊料掩模1024或诸如聚对二甲苯、BCBTM或聚酰胺的其它保护材料，对其进行构图以便在其中限定与导体1012相通的孔，通过该孔形成与导体1012电接触的焊料球1023，如图23K所示。
根据本发明的优选实施例，如图23L所示，然后沿着线1040切割键合晶片，以提供单独的集成电路封装，与图21A和21B的集成电路封装1010相似。
现在参考图24，其是由图23L的键合晶片制造的集成封装的光电集成电路器件的部分切除的详细示意图。如图24所示，集成电路封装包括通过键合层1028结合到管芯1020的绝缘覆盖板1026。焊盘1016的边缘与直接形成在电介质绝缘层1018和1019上的导体1012电接触，如上所述。应该认识到，绝缘层1018和1019可以各自包括多层。
现在参考图25和26，图25和26共同示出用于制造根据本发明优选实施例的集成电路器件的设备。常规的晶片制造设备1180提供晶片1030。利用键合设备1182，通过键合层1028将每一个单独晶片1030在限定有源表面一侧键合到形成覆盖板1026的保护层，例如玻璃层，所述键合设备优选具有用于旋转晶片1030、覆盖板1026和键合层1028从而获得粘合材料的均匀分布的设备。
通过研磨设备1184，例如可以在市场上从日本的Disco Ltd.买到的型号为BFG 841的研磨设备，使键合的晶片1031(图22B和23A)在其非有源表面侧变薄。然后优选通过光刻，例如通过利用常规旋涂光刻胶，在其非有源表面侧对键合的晶片1031(图23B)进行蚀刻，所述常规旋涂光刻胶可以在市场上从Hoechst买到，商标名称为AZ4562。
优选地利用诸如Suss MicrTech AG的型号为MA200的适当UV曝光系统1185通过光刻掩模1186来对光刻胶进行掩模曝光。
然后在显影槽(未示出)中使光刻胶显影，并将其烘焙，然后通常通过利用SF6、C4F8或其它适当的干法蚀刻气体的干法蚀刻工艺来对键合的晶片进行硅蚀刻。用于此目的的在市场上可以买到的设备包括由英国的Surface Technology Systems制造的干法蚀刻机1188。
或者，利用处在温控槽(未示出)中的硅蚀刻溶液来实现蚀刻。用于此目的的在市场上可以买到的设备包括均由美国的Wafab Inc.制造的Chemkleen槽和WHRV循环器。适合的湿法蚀刻的常规硅蚀刻溶液为可以在市场上从英国的Micro-Image Technology Ltd.买到的Isoform硅蚀刻剂。
优选地晶片1030中的被蚀刻的沟槽1032填充有绝缘材料1189(图23D)，例如环氧树脂、焊料掩模，或任何其它适当的电介质材料，例如聚酰亚胺、BCBTM、聚氨基甲酸脂、聚萘、碳氟化合物或丙烯酸盐/脂。利用分配器1190来填充沟槽1032，以获得被填充的沟槽1191。或者，可以使用任何其它适当的填充方法，例如旋涂、喷涂或幕式淋涂。随后，如步骤1192中所示，再一次通过诸如可以在市场上从日本的Disco Ltd.买到的型号为BFG 841的研磨设备1184(图23E)研磨键合晶片1031以限定平面。
如步骤1194中所示，诸如可以在市场上从日本的Disco Ltd.买到的型号为641或341的刻槽设备1195部分切除夹在其中的键合晶片(图23G)。
在刻槽之后，可选择地在含有染色处理溶液1198的槽1196中对键合晶片进行防腐处理，如将其公开内容并入在此作为参考的下述美国专利2,507,956、2,851,385和2,796,370中的任何一篇所描述的那样。
采用通过真空淀积技术操作的导电层淀积设备1200，例如由列支敦士登的Balzers AG制造的溅射机器，来在晶片1030的每个管芯1020的一个或多个表面上制造导电层1038(图23H)。
优选地通过利用常规电淀积光刻胶，来执行导体1012的构造，如图23I所示，所述常规电淀积光刻胶在市场上可以从DuPont买到、商标名称为Primecoat，或者可以从Shipley买到、商标名称为Eagle。在光刻胶槽组件1202中将光刻胶施加在键合晶片上，所述光刻胶槽组件在市场上可以从DuPont或Shipley买到。
优选地通过UV曝光系统1204利用用来限定适当的蚀刻图形的掩模1205来光构造光刻胶。然后在显影槽1206中使光刻胶显影，然后在处于蚀刻槽1210中的金属蚀刻溶液1208中对其进行蚀刻，由此提供诸如在图21A和21B中所示的导体结构。
然后，优选地通过在市场上可以从日本的Okuno买到的无电镀设备1212来对图23I所示的暴露出的导体条进行镀敷。
在导体条镀敷之后，利用如参考标记1014所示的焊料掩模涂敷晶片以限定焊料球1023的位置(图23J)，然后以常规方法形成所述焊料球1023，如参考标记1215所示(图23K)。或者，可以不需要焊料球1023。
然后通过切割刀1216将键合的晶片切割成单独的预封装集成电路器件(图23L)。优选地，切割刀1216为厚度为2-12mil的金刚石树脂型刀。最终的管芯大体如图21A和21B所示。
现在参考图27A-27C，其示出根据本发明优选实施例构造和实施的光电集成电路器件的三个可选优选实施例，该光电集成电路器件包括相对较薄且紧凑、不受环境影响并且在机械上得到加强的光电集成电路封装1310，该封装具有直接镀敷在一个或多个绝缘层1313上的多个导电体1312而没有介于其间的封装层。优选地将焊锡掩模1314形成在所示的导体1312和绝缘层1313上。
图27A示出二向色滤光器和/或偏光器和/或防反射涂层和/或IR涂层和/或滤色器，例如在辐射透明保护层1317的至少一个面朝外部的表面1316的至少一部分上形成的RGB或掩模滤光器1315。面朝外部的表面1316可选择地包括辐射透明保护层1317的顶表面或边缘表面。图27B示出涂层1318，其可以与形成在辐射透明保护层1317的面朝内部的表面1319的至少一部分上的涂层1315相同。图27C示出在辐射透明保护层1317的相应表面1316和1319中的每一个的至少一部分上的涂层1315和1318。在图27A-27C所示的三个实施例中，光电元件形成在常规厚度通常为10-250微米的硅衬底1322的表面1320上。表面1320面向透明保护层1317。诸如环氧树脂层的辐射透明键合层1328用于将保护层1317附着到硅衬底1322上，如上所述。
现在参考图28。图28的实施例可以与图27A的相同，其具有或不具有涂层，而且与图27A的进一步区别在于它具有形成在辐射透明保护层1392上的光耦合凸起1390。示出波导1394经由凸起1390光耦合到辐射透明保护层1392。优选地凸起1390由略微保形的透明有机材料形成，使得其上的机械压力使其产生轻微的形变并且能够使易消散的光波穿过与其限定的界面。
现在参考图29。图29的实施例可以与图27A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图27A的区别在于它具有通过常规集成光学技术形成在辐射透明保护层1402上的波导1400和其他可能的光学元件(未示出)。该设置允许经由辐射透明保护层1402在形成在硅衬底1404上的光电元件与波导1400之间进行光通信。
现在参考图30A。图30A的实施例可以与图27A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图27A的区别在于它具有在其面朝外部的表面1444上形成有光栅1442的辐射透明保护层1440。
现在参考图30B。图30B的实施例可以与图27A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图27A的区别在于它具有衬底，该衬底形成有至少一个透镜，并且优选形成有附着到辐射透明保护层1464的面朝外部的表面1462上的微透镜阵列1460。应该认识到，可以在将辐射透明保护层附着到衬底之前，或在工艺中的任何随后一点，将至少一个透镜附着到辐射透明保护层1464。作为另一个选择，辐射透明保护层1464的面朝外部的表面1462可以包括至少一个透镜。
现在参考图30C。图30C的实施例可以与图27A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图27A的区别在于它具有衬底，该衬底形成有相对于硅衬底1474的有源表面1472，保持精确固定距离X的至少一个透镜1470。优选地通过固定在透镜1470与辐射透明保护层1480的面朝外部的表面1478之间的中间光透射层1476的精确加工，可以将该精确固定距离确定在1-10微米的精度。或者，可以排除中间层1476。作为另一个选择，透镜1470与有源表面1472之间的距离不需要精确固定。
现在参考图30D。图30D的实施例可以与图27A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图27A的区别在于它具有包含可以包括至少一个透镜的位于外侧的表面1492的辐射透明保护层1490。
现在参考图31A-33J，其示出根据本发明优选实施例的集成电路器件，优选为光电集成电路器件，及其制造。如图31A和31B所示，集成电路器件包括相对较薄且紧凑、不受环境影响并且在机械上得到加强的集成电路封装1510，优选为光电集成电路封装，该封装具有沿着其边缘表面1514电镀的多个导电体1512。
本发明的特定特征是导体1512电连接到其边缘处的焊盘1516，并且直接形成在覆盖在管芯1520上的绝缘层1518和1519上，而不存在介于其间的封装层，例如玻璃层。绝缘层1518和1519可以各自包括一层或多层，并且在材料和/或厚度上彼此不同，或选择地可以相同。作为另一个选择，可以排除绝缘层1518和1519。图31A-40C的实施例的特征还都在于导体1512的部分与焊盘1516的边缘导电接触，如图31B中清晰地示出。
根据本发明的优选实施例，导体1512在边缘表面1514上延伸到封装1510的平面1522上。该接触设置允许将封装1510平面安装到电路板上。值得注意的是，在光电实施例中，集成电路封装1510可以包括下述元件中的一个或多个(未示出)整体形成的二向色滤光片、滤色镜、防反射涂层、偏光器、光栅、集成波导和光耦合凸起。在非光电实施例中，通常不存在上述元件。如图31A和31B所示，光电集成电路封装1510还可以包括接触凸起，例如形成在导电体1512上的焊料球1523，然而在形成在焊料掩模1524中的孔径处，不需要焊料球1523。
作为另一个选择，如图31C和31D所示，导体1512没有超出边缘表面1514延伸到平面1522上或仅在有限的程度上延伸到平面1522上，由此限定外围接触。在这种情况下，焊料掩模1524通常不延伸到平面1522上或者可以完全排除。
作为另外的选择，焊料理球1523可以由适用于ACF接合的接触来替换，或可以包括球栅阵列(BGA)接触。
绝缘层1518和1519可以作为机械保形层来操作，该机械保形层适合于补偿导体1512、焊料球1523和管芯1520的热膨胀系数之间的差。
图31A和31B所示的优选的光电集成电路封装1510，还优选包括辐射透明保护绝缘覆盖板1526。
如图31A和31B所示，光电集成电路封装1510还包括形成在管芯1520与辐射透明保护绝缘覆盖板1526之间的至少一个空腔1527。通过在将管芯1520附着到覆盖板1526时，在管芯1520与覆盖板1526之间与至少一个诸如环氧树脂层的键合层1528一起安装至少一个隔离物1529，来形成空腔1527，如下文所述。或者，可以通过在将管芯1520附着到覆盖板1526时，在管芯1520与覆盖板1526之间插入至少一个可附着的隔离物1529，来形成空腔1527，如下文所述。应该认识到可以通过研磨或任何其它适当的方法来提供任何适当厚度的隔离元件1529，使得限定空腔1527以在覆盖板1526与管芯1520之间产生特定的固定距离。
应该认识到下文中所述的方法提供光电集成电路封装1510，其处于定义为芯片级封装的范围内，通常面积不比芯片尺寸大20％。还应该认识到下文中所述的方法提供光电集成电路封装1510，其中在晶片级执行封装工艺直到将晶片式封装切割成单独的封装管芯。
图32A和32B是将透明保护绝缘覆盖板附着到包括多个根据本发明的集成电路管芯的晶片的简化示意图。如图32A和32B所示，硅晶片1530包括多个成品管芯1520，其具有通过常规技术形成在其上的有源表面，并且在有源表面处将所述硅晶片1530键合到覆盖板1526上，由此限定键合的晶片1531。根据本发明的优选实施例，如图33A所示，晶片1530包括多个成品管芯，其具有通过常规技术形成在其上的有源表面，并且经诸如环氧树脂层的键合层1028在有源表面处将所述硅晶片1530键合到覆盖板1526上。通过借助于诸如环氧树脂层的至少一个键合层1528在晶片1530与覆盖板1526之间安装隔离物1529，来在晶片1530与覆盖板1526之间形成空腔1527。
绝缘覆盖板1526通常包括玻璃、石英、蓝宝石或任何其他适合的辐射透明衬底。如图33A所示，电焊盘1516形成在硅晶片1530的有源表面上。
覆盖板1526可以是彩色的或带色彩的，以便作为光谱过滤器操作。或者，可以在覆盖板1526的至少一个表面上形成二向色或彩色光谱过滤器。
本发明的特定特征是覆盖板1526和诸如环氧树脂层的键合层1528对于用于光电应用的光谱区域中的辐射优选是透明的。
应该认识到，当根据本发明使用晶片时，可以省略硅晶片1530的常规制造中的某些步骤。这些步骤包括在焊盘上提供通路开口、晶片背面研磨和晶片背面金属涂敷。
硅晶片1530可以通过常规光刻技术在其中任何适当的位置处形成有整体的滤色器阵列。在图33A的键合步骤之前，通过常规技术在覆盖板1526上形成和构造滤光器，使得滤光器平面位于覆盖板1526与至少一个空腔1527之间。
在上述键合步骤之后，优选地将硅晶片1530从通常在400至1000微米范围内的原始厚度L1向下研磨到通常在10-250微米范围内的所降低的厚度L2，如图33B所示。利用通过将覆盖板1526键合到其上所提供的附加机械强度能够允许晶片厚度的这一减小。
在可选择地减小晶片厚度之后，利用光刻工艺沿着其背面根据分割单独管芯1520的预定切割线来蚀刻晶片。由此产生被蚀刻的沟槽1532，其完全贯穿通常在10-250微米范围内的硅衬底的厚度延伸。在图33C中示出被蚀刻的键合晶片。
通常通过利用SF6、C4F8或其它适当的干法蚀刻气体的干法蚀刻工艺来实现前述蚀刻。或者，在常规硅蚀刻溶液例如2.5％的氢氟酸、50％的硝酸、10％的醋酸和37.5％的水的混合物中进行蚀刻，从而向下穿过任何场氧化层对硅进行蚀刻以暴露焊盘1516，如图33C所示。硅蚀刻的结果是多个分离的管芯1520，其中的每一个包括厚度为大约10-250微米的硅。
如图33D所示，优选地被蚀刻的沟槽1532填充有限定绝缘层1519的绝缘材料，例如环氧树脂、焊料掩模，或任何其它适当的电介质材料，例如聚酰亚胺、BCBTM、聚氨基甲酸脂、聚萘、碳氟化合物或丙烯酸盐/脂。在形成绝缘层1519之后，如图33E所示，研磨键合的晶片1531的表面以限定平面。然后在其上形成绝缘层1518，如图33F中所示。
然后通过任何适当的方法，在被填充的沟槽1532处对键合晶片1531进行刻槽，以在每一对相邻的管芯1520之间限定凹槽1536。凹槽1536延伸穿过绝缘层1518和1519，穿过焊盘1516由此暴露焊盘1516的边缘并穿过键合层1528，如图33G中所示。凹槽1536可以部分延伸到保护层1526中。
如图33H所示，在多个分离管芯1520上穿过开口1536形成导电层1538，以覆盖焊盘1516的暴露部分以及限定绝缘层1518和1519的电介质材料。优选地导电层1538由铝形成，或者由任何适当的导电材料或者诸如铝、铜、钛、钛钨合金或铬等材料组合物形成。
图33I示出通常利用常规光刻技术的导电层1538的构图，以限定电接触管芯1520上的一个或多个焊盘1516的边缘并被适当电镀的多个导体1512。
图33J示出键合晶片涂敷有保护材料层，优选为焊料掩模1524或诸如聚对二甲苯、BCBTM或聚酰胺的其它保护材料，对其进行构图以便在其中限定与导体1512相通的孔，通过该孔形成与导体1512电接触的焊料球1523，如图33K所示。
根据本发明的优选实施例，如图33L所示，然后沿着线1540切割键合晶片，以提供单独的集成电路封装，与图31A和31B的集成电路封装1510相似。
现在参考图34，其是由图33L的键合晶片制造的集成封装的光电集成电路器件的部分切除的详细示意图。如图34所示，集成电路封装包括通过隔离物1529和键合层1528结合到管芯1520并限定至少一个空腔1527的绝缘覆盖板1526。焊盘1516的边缘与直接形成在电介质绝缘层1518和1519上的导体1512电接触，如上所述。应该认识到，绝缘层1518和1519可以各自包括多层。
现在参考图35和36，图35和36共同示出用于制造根据本发明优选实施例的集成电路器件的设备。常规的晶片制造设备680提供晶片1530。利用键合设备1682，通过键合层1528将每一个单独晶片1530在限定有源表面一侧对准然后键合到形成覆盖板1526的保护层，例如玻璃层，所述键合设备优选具有用于旋转晶片1530、覆盖板1526和键合层1528从而获得粘合材料的均匀分布的设备。
通过研磨设备1684，例如可以在市场上从日本的Disco Ltd.买到的型号为BFG 841的研磨设备，使键合晶片(图32B和33A)在其非有源表面侧变薄。然后优选通过光刻，例如通过利用常规旋涂光刻胶，在其非有源表面侧对键合晶片(图33B)进行蚀刻，所述常规旋涂光刻胶可以在市场上从Hoechst买到，商标名称为AZ 4562。
优选地利用诸如Suss MicrTech AG的型号为MA200的适当UV曝光系统1685通过光刻掩模1686来对光刻胶进行掩模曝光。
然后在显影槽(未示出)中使光刻胶显影，并将其烘焙，然后通常通过利用SF6、C4F8或其它适当的干法蚀刻气体的干法蚀刻工艺来对键合的晶片进行硅蚀刻。用于此目的的在市场上可以买到的设备包括由英国的Surface Technology Systems制造的干法蚀刻机1688。
或者，利用处在温控槽(未示出)中的硅蚀刻溶液来实现蚀刻。用于此目的的在市场上可以买到的设备包括均由美国的Wafab Inc.制造的Chemkleen槽和WHRV循环器。适合的湿法蚀刻的常规硅蚀刻溶液为可以在市场上从英国的Micro-Image Technology Ltd.买到的Isoform硅蚀刻剂。优选地晶片1530中的被蚀刻的沟槽1532填充有绝缘材料1689(图33D)，例如环氧树脂、焊料掩模，或任何其它适当的电介质材料，例如聚酰亚胺、BCBTM、聚氨基甲酸脂、聚萘、碳氟化合物或丙烯酸盐/脂。利用分配器1690来填充沟槽1532，以获得被填充的沟槽1691。或者，可以使用任何其它适当的填充方法，例如旋涂、喷涂或幕式淋涂。随后，如步骤1692中所示，再一次通过诸如可以在市场上从日本的Disco Ltd.买到的型号为BFG 841的研磨设备1684(图33E)研磨键合晶片1531以限定平面。
如步骤1694中所示，诸如可以在市场上从日本的Disco Ltd.买到的型号为641或341的刻槽设备1695部分切除夹在其中的键合晶片(图33G)。
在刻槽之后，可选择地在含有染色处理溶液1698的槽1696中对键合晶片进行防腐处理，如将其公开内容并入在此作为参考的下述美国专利2,507,956、2,851,385和2,796,370中的任何一篇所描述的那样。
采用通过真空淀积技术操作的导电层淀积设备1700，例如由列支敦士登的Balzers AG制造的溅射机器，来在晶片1530的每个管芯1520的一个或多个表面上制造导电层1538(图33H)。
优选地通过利用常规电淀积光刻胶，来执行导体1512的构造，如图33I所示，所述常规电淀积光刻胶在市场上可以从DuPont买到、商标名称为Primecoat，或者可以从Shipley买到、商标名称为Eagle。在光刻胶槽组件1702中将光刻胶施加在键合晶片上，所述光刻胶槽组件在市场上可以从DuPont或Shipley买到。
优选地通过UV曝光系统1704利用用来限定适当的蚀刻图形的掩模1705来光构造光刻胶。然后在显影槽1706中使光刻胶显影，然后在处于蚀刻槽1710中的金属蚀刻溶液1708中对其进行蚀刻，由此提供诸如在图31A和31B中所示的导体结构。
然后，优选地通过在市场上可以从日本的Okuno买到的无电镀设备1712来对图33I所示的暴露出的导体条进行镀敷。
在导体条镀敷之后，利用如参考标记1714所示的焊料掩模涂敷晶片以限定焊料球1523的位置(图33J)，然后以常规方法形成所述焊料球1523，如参考标记1715所示(图33K)。或者，可以不需要焊料球1523。
然后通过切割刀1716将键合的晶片切割成单独的预封装集成电路器件(图33L)。优选地，切割刀1716为厚度为2-12mil的金刚石树脂型刀。最终的管芯大体如图31A和31B所示。现在参考图37A-37C，其示出根据本发明优选实施例构造和实施的光电集成电路器件的三个可选优选实施例，该光电集成电路器件包括相对较薄且紧凑、不受环境影响并且在机械上得到加强的光电集成电路封装1810，该封装具有直接镀敷在一个或多个绝缘层1813上的多个导电体1812而没有介于其间的封装层。优选地将焊锡掩模1814形成在所示的导体1812和绝缘层1813上。图37A示出二向色滤光器和/或偏光器和/或防反射涂层和/或IR涂层和/或滤色器，例如在辐射透明保护层1817的至少一个面朝外部的表面1816的至少一部分上形成的RGB或掩模滤光器1815。面朝外部的表面1816可选择地包括辐射透明保护层1817的顶表面或边缘表面。图37B示出涂层1818，其可以与形成在辐射透明保护层1817的面朝内部的表面1819的至少一部分上的涂层1815相同。图37C示出在辐射透明保护层1817的相应表面1816和1819中的每一个的至少一部分上的涂层1815和1818。在图37A-37C所示的三个实施例中，光电元件形成在常规厚度通常为10-250微米的硅衬底1822的表面1820上。表面1820面向透明保护层1817。诸如环氧树脂层的辐射透明键合层1828用于将保护层1817附着到硅衬底1822上，如上所述。
如图37A、37B和37C所示，光电集成电路封装1810还包括形成在硅衬底1822与辐射透明保护层1817之间的至少一个空腔827。通过在将硅衬底1822附着到辐射透明保护层1817时，在硅衬底1822与辐射透明保护层1817之间与至少一个诸如环氧树脂层的键合层1828一起安装至少一个隔离物1829，来形成空腔1827，如下文所述。或者，可以通过在将硅衬底1822附着到辐射透明保护层1817时，在硅衬底1822与辐射透明保护层1817之间插入至少一个隔离物1829，来形成空腔1827，如下文所述。应该认识到可以通过研磨或任何其它适当的方法来提供任何适当厚度的隔离元件1829，使得限定空腔1827以在辐射透明保护层1817与硅衬底1822之间产生特定的固定距离。
现在参考图38。图38的实施例可以与图37A的相同，其具有或不具有涂层，而且与图37A的进一步区别在于它具有形成在辐射透明保护层1892上的光耦合凸起1890。示出波导1894经由凸起1890光耦合到辐射透明保护层1892。优选地凸起1890由略微保形的透明有机材料形成，使得其上的机械压力使其产生轻微的形变并且能够使易消散的光波穿过与其限定的界面。
现在参考图39。图39的实施例可以与图37A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图37A的区别在于它具有通过常规集成光学技术形成在辐射透明保护层1902上的波导1900和其他可能的光学元件(未示出)。该设置允许经由辐射透明保护层1902在形成在硅衬底1904上的光电元件与波导1900之间进行光通信。
现在参考图40A。图40A的实施例可以与图37A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图37A的区别在于它具有在其面朝外部的表面1944上形成有光栅1942的辐射透明保护层1940。
现在参考图40B。图40B的实施例可以与图37A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图37A的区别在于它具有衬底，该衬底形成有至少一个透镜，并且优选形成有附着到辐射透明保护层1964的面朝外部的表面1962上的微透镜阵列1960。应该认识到，可以在将辐射透明保护层附着到衬底之前，或在工艺中的任何随后一点，将至少一个透镜附着到辐射透明保护层1964。作为另一个选择，辐射透明保护层1964的面朝外部的表面1962可以包括至少一个透镜。
现在参考图40C。图40C的实施例可以与图37A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图37A的区别在于它具有衬底，该衬底形成有相对于硅衬底1974的有源表面1972，优选相对于光电半导体电路，保持精确固定距离X的至少一个透镜1970。优选地通过隔离物1529和/或固定在透镜1970与辐射透明保护层1980的面朝外部的表面1978之间的中间光透射层1976的精确加工，可以将该精确固定距离确定在1-10微米的精度。或者，可以排除中间层1976。作为另一个选择，透镜1970与有源表面1972之间的距离不需要精确固定。
现在参考图40D。图40D的实施例可以与图37A的相同，其具有或不具有涂层，并且与图37A的区别在于它具有包含可以包括至少一个透镜的位于外侧的表面1992的辐射透明保护层1990。
现在参考图41A和41B，其是根据本发明又一优选实施例构造和实施的集成封装的光电集成电路器件的简化示意图，其中在集成电路管芯上的不同元件之间产生沟槽2040或2041(分别在图41A和41B中)。
为了减小硅衬底上的不同元件之间的串扰，需要在这些元件之间形成物理隔离。可以通过完全除去在这些元件之间产生沟槽的硅，来进行该隔离。该沟槽可以由任何适当的材料填充，例如环氧树脂2042或2142(分别在图41A和41B中)。这种隔离的例子是集成电路的模拟(无线电)与数字(微处理器)部分之间的隔离。
本领域技术人员应该认识到，本发明不限于在上文中具体示出和说明的内容。当然，本发明的范围包括上述各种特征的组合和次组合(subcombination)以及本领域技术人员在阅读前述说明书后所想到的而在现有技术中没有的各种变形和修改。
权利要求
1.一种集成封装的光电集成电路器件，包括集成电路管芯，其包含具有第一和第二大体平坦的表面和边缘表面的结晶衬底；和形成在所述第一大体平坦的表面上的光电半导体电路；形成在所述半导体电路和所述第一大体平坦的表面上的至少一个芯片级封装层；以及覆盖在所述第二大体平坦的表面上的至少一个导电体，所述至少一个导电体通过直接形成在所述第一大体平坦的表面上的至少一个焊盘连接到所述电路。
2.一种集成封装的光电集成电路器件，包括集成电路管芯，其包含具有第一和第二大体平坦的表面和边缘表面的结晶衬底；和形成在所述第一大体平坦的表面上的光电半导体电路；形成在所述半导体电路和所述第一大体平坦的表面上的至少一个芯片级封装层；以及覆盖在所述边缘表面中的至少一个上的至少一个导电体，所述至少一个导电体通过直接形成在所述第一大体平坦的表面上的至少一个焊盘连接到所述电路。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的集成封装的光电集成电路器件，并且其中所述至少一个芯片级封装层由玻璃、石英和蓝宝石中的至少一种形成。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包括形成在所述第二大体平坦的表面和所述边缘表面上并且位于所述至少一个导电体下方的绝缘层。
5.根据权利要求4所述的集成封装的光电集成电路器件，并且其中所述绝缘层包括机械适应层。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的集成封装的光电集成电路器件，并且其中所述至少一个导电体经由大体平行于所述至少一个焊盘的平面并与该平面接触电接合延伸的所述导电体的一部分连接到所述至少一个焊盘。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的集成封装的光电集成电路器件，并且其中所述至少一个导电体经由与所述至少一个焊盘的边缘接触电接合延伸的所述导电体的一部分连接到所述至少一个焊盘。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的集成封装的光电集成电路器件，并且其中通过键合层将所述至少一个芯片级封装层附着到所述第一大体平坦的表面。
9.根据权利要求8所述的集成封装的光电集成电路器件，并且其中所述键合层具有光谱过滤器的功能性。
10.根据权利要求1或权利要求2所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包括与辐射透明保护表面的至少一部分相关联的至少一个光谱过滤器。
11.根据权利要求10所述的集成封装的光电集成电路器件，并且其中所述辐射透明保护表面包括顶表面和边缘表面中的至少一个。
12.根据权利要求1或权利要求2所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包含彩色阵列滤光器。
13.根据权利要求1或权利要求2所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包括整体形成在其透明保护表面上的至少一个透镜。
14.根据权利要求1或权利要求2所述的集成封装的光电集成电路器件，并且其中所述至少一个芯片级封装层包括至少一个透镜。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的集成封装的光电集成电路器件，并且其中使所述至少一个透镜相对于所述光电半导体电路保持精确固定的距离。
16.根据权利要求1或权利要求2所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包括形成在其透明保护表面上的光耦合凸起。
17.根据权利要求1或权利要求2所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包括形成在其透明保护表面上的波导和其他光学元件。
18.根据权利要求1或权利要求2所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包括形成到其透明保护表面上的光栅。
19.根据权利要求1或权利要求2所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包含与其集成的偏光器。
20.根据权利要求1或权利要求2所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包含形成在所述集成电路管芯上的不同元件之间的沟槽。
21.根据权利要求1或权利要求2所述的集成封装的光电集成电路器件，并且其中所述结晶衬底和所述至少一个封装层在其间限定至少一个间隙。
22.根据权利要求21所述的集成封装的光电集成电路器件，并且其中所述至少一个导电体经由大体平行于所述至少一个焊盘的平面并与该平面接触电接合延伸的所述导电体的一部分连接到所述至少一个焊盘。
23.根据权利要求21所述的集成封装的光电集成电路器件，并且其中所述至少一个导电体经由与所述至少一个焊盘的边缘接触电接合延伸的所述导电体的一部分连接到所述至少一个焊盘。
24.根据权利要求21所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包括与辐射透明保护表面相关联的至少一个光谱过滤器。
25.根据权利要求21所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包含彩色阵列滤光器。
26.根据权利要求21所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还具有整体形成在其透明保护表面上的至少一个透镜。
27.根据权利要求21所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包括形成在其透明保护表面上的光耦合凸起。
28.根据权利要求21所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包括整体形成在其透明保护表面上的波导和其他光学元件。
29.根据权利要求21所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包括形成到其透明保护表面上的光栅。
30.根据权利要求21所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包含与其集成的偏光器。
31.根据权利要求21所述的集成封装的光电集成电路器件，并且还包含形成在所述集成电路管芯上的不同元件之间的沟槽。
32.一种制造集成封装的光电集成电路器件的方法，包括提供形成在晶片上的具有第一和第二大体平坦的表面以及形成在所述第一大体平坦表面上的光电半导体电路的多个集成电路管芯；在所述半导体电路和所述第一大体平坦的表面上形成至少一个芯片级封装层；沿着限定在所述第二大体平坦的表面中的切割线使所述集成电路管芯彼此分离，以便限定所述管芯的边缘表面同时所述管芯保持附着到所述封装层；形成覆盖在所述第二大体平坦的表面上的至少一个导电体，所述至少一个导电体通过直接形成在所述第一大体平坦的表面上的至少一个焊盘连接到所述电路；并且随后切割所述晶片以限定多个封装的光电集成电路器件。
33.一种制造集成封装的光电集成电路器件的方法，包括提供形成在晶片上的具有第一和第二大体平坦的表面以及形成在所述第一大体平坦的表面上的光电半导体电路的多个集成电路管芯；在所述半导体电路和所述第一大体平坦的表面上形成至少一个芯片级封装层；沿着限定在所述第二大体平坦的表面中的切割线使所述集成电路管芯彼此分离，以便限定所述管芯的边缘表面同时所述管芯保持附着到所述封装层；形成覆盖在所述边缘表面中的至少一个上的至少一个导电体，所述至少一个导电体通过直接形成在所述第一大体平坦的表面上的至少一个焊盘连接到所述电路；并且随后切割所述晶片以限定多个封装的光电集成电路器件。
34.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且其中所述至少一个芯片级封装层由玻璃、石英和蓝宝石中的至少一种形成。
35.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且还包括在所述第二大体平坦的表面和所述边缘表面上且在所述至少一个导电体下面形成绝缘层。
36.根据权利要求35所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且其中所述绝缘层包括机械保形层。
37.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，其中所述形成至少一个导电体包括形成所述至少一个导电体大体平行于所述至少一个焊盘的平面并与该平面接触电接合的部分。
38.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，其中所述形成至少一个导电体包括形成所述至少一个导电体与所述至少一个焊盘的边缘接触电接合的部分。
39.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，其中所述形成至少一个芯片级封装层包括利用键合层将所述至少一个芯片级封装层附着到所述第一大体平坦的表面。
40.根据权利要求39所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且其中所述键合层具有光谱过滤器的功能性。
41.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且其中所述形成所述芯片级封装层还包括在所述芯片级封装层的辐射透明保护表面的至少一部分上形成至少一个光谱过滤器。
42.根据权利要求41所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且其中所述辐射透明保护表面包括顶表面和边缘表面中的至少一个。
43.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且其中所述形成所述芯片级封装层还包括在所述芯片级封装层上形成彩色阵列滤光器。
44.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且其中所述形成所述芯片级封装层还包括在所述芯片级封装层的辐射透明保护表面上整体形成至少一个透镜。
45.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且其中所述形成至少一个芯片级封装层包括形成至少一个透镜。
46.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且还包括在所述芯片级封装层的辐射透明保护表面上整体形成至少一个透镜。
47.根据权利要求44-46中任何一项所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且其中所述形成所述至少一个透镜包括使所述至少一个透镜相对于所述光电半导体电路保持精确固定的距离。
48.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且其中所述形成所述芯片级封装层还包括在所述芯片级封装层的辐射透明保护表面上形成光耦合凸起。
49.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且其中所述形成所述芯片级封装层还包括在所述芯片级封装层的辐射透明保护表面上形成波导和其他光学元件。
50.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且其中所述形成所述芯片级封装层还包括在所述芯片级封装层的辐射透明保护表面上形成光栅。
51.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且其中所述形成所述芯片级封装层还包括在其上整体形成偏光器。
52.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且还包括在所述集成电路管芯上的不同元件之间形成沟槽。
53.根据权利要求32或权利要求33所述的制造集成封装的光电集成电路器件的方法，并且还包括在所述形成所述芯片级封装层之前，在所述半导体电路和所述第一大体平坦的表面上插入隔离物元件。
全文摘要
一种集成封装的集成电路器件，包括集成电路管芯，其包含具有第一和第二大体平坦的表面和边缘表面的结晶衬底以及形成在第一大体平坦的表面上的半导体电路；形成在半导体电路和第一大体平坦的表面上的至少一个芯片级封装层；形成在第二大体平坦的表面和边缘表面上的绝缘层；以及直接形成在覆盖在第二大体平坦的表面上的绝缘层上的至少一个导电体，该至少一个导电体通过直接形成在第一大体平坦的表面上的至少一个焊盘连接到电路。
文档编号H01L33/62GK1977384SQ200480025199
公开日2007年6月6日 申请日期2004年7月1日 优先权日2003年7月3日
发明者吉尔·齐伯尔, 尤利娅·阿克森托恩, 沃格·奥加涅相 申请人:泰塞拉技术匈牙利公司