半导体结构的制作方法

1.本实用新型的实施例涉及半导体结构。


背景技术：

2.参见图1，目前红外(ir)传感器的过滤件(filter)大多设置在玻璃、盖(lid)12或模制化合物上，以防止环境噪声，例如设置在红外光敏二极管(pd)14上的玻璃16，或者盖12上的玻璃19上，并且邻近收光元件(pd 14)的收光区，以利于过滤出红外波段的光线。但红外镀膜玻璃成本高，且厚度大，不利于产品微小化，此外，盖12也不利于产品微小化。虚线a/a示出了pd 14的可视角范围(field of view，fov)，由于pd 14距玻璃19较远，其可视角范围较小。
3.参见图2，目前还有方案是模封类型的接近传感器，免除了盖和红外镀膜玻璃，直接在透光胶20上镀膜或贴滤光膜22，有利于产品微小化。但光仍需穿透多层不同介质，并且包括热膨胀系数不匹配的问题，另外，红外光敏二极管24上的引线26不利于产品微小化。
4.目前的镀膜或滤光膜已实现对例如波长为1100nm以上的红外线具有95％以上的穿透度，但是上述红外线通过以下物品时会有穿透度的损失：玻璃(例如图1所示的玻璃16和玻璃19)、透光胶(例如图2所示的透光胶20、例如是环氧树脂)。如果增加更多的涂层以提高穿透度，不利于产品的微小化且成本较高；如果减小玻璃的厚度，有利于产品的微小化，但较小厚度(例如100μm以下)的玻璃具有可靠性风险。


技术实现要素：

5.针对相关技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种半导体结构，以减少环境信号损失。
6.为实现上述目的，本实用新型的实施例提供了一种半导体结构，包括：载板；第一半导体管芯，设置在载板上，第一半导体管芯的有源面朝向载板；模制化合物，包覆载板和第一半导体管芯，第一半导体管芯的无源面相对于模制化合物暴露，无源面用于供环境信号通过。
7.在一些实施例中，半导体结构还包括：过滤件，设置在无源面上，过滤件用于过滤环境信号。
8.在一些实施例中，过滤件的至少部分内嵌于模制化合物中。
9.在一些实施例中，过滤件完全覆盖无源面。
10.在一些实施例中，第一半导体管芯是光学接收器管芯，环境信号是光学信号，过滤件是滤光膜。
11.在一些实施例中，第一半导体管芯是光学传感器。
12.在一些实施例中，半导体结构还包括：第二半导体管芯，设置在载板上，第二半导体管芯用于控制第一半导体管芯。
13.在一些实施例中，第一半导体管芯和第二半导体管芯并排设置。
14.在一些实施例中，第一半导体管芯通过载板与第二半导体管芯电连接。
15.在一些实施例中，第二半导体管芯位于载板和第一半导体管芯之间。
16.在一些实施例中，第一半导体管芯与第二半导体管芯直接电连接。
17.在一些实施例中，第二半导体管芯通过引线与载板电连接，第一半导体管芯是倒装芯片。
18.在一些实施例中，引线的一端连接第二半导体管芯的上表面，另一端连接载板。
19.在一些实施例中，模制化合物还包覆第二半导体管芯。
20.在一些实施例中，第二半导体管芯由载板、模制化合物完全包围。
21.在一些实施例中，第二半导体管芯是专用集成电路(asic)管芯。
22.在一些实施例中，模制化合物无法传导环境信号。
23.在一些实施例中，无源面用于将环境信号传递至第一半导体管芯的位于有源面处的感测区域。
24.在一些实施例中，模制化合物的顶面不低于第一半导体管芯的无源面。
附图说明
25.当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本实用新型的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
26.图1和图2示出了现有的半导体结构的结构示意图。
27.图3至图5以及图6至图8示出了根据不同实施例的半导体结构的形成过程。
28.图9示出了根据本技术另一实施例的半导体结构。
具体实施方式
29.为更好的理解本技术实施例的精神，以下结合本技术的部分优选实施例对其作进一步说明。
30.本技术的实施例将会被详细的描示在下文中。在本技术说明书全文中，将相同或相似的组件以及具有相同或相似的功能的组件通过类似附图标记来表示。在此所描述的有关附图的实施例为说明性质的、图解性质的且用于提供对本技术的基本理解。本技术的实施例不应该被解释为对本技术的限制。
31.如本文中所使用，术语“大致”、“大体上”、“实质”及“约”用以描述及说明小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指代其中事件或情形精确发生的例子以及其中事件或情形极近似地发生的例子。举例来说，当结合数值使用时，术语可指代小于或等于所述数值的
±
10％的变化范围，例如小于或等于
±
5％、小于或等于
±
4％、小于或等于
±
3％、小于或等于
±
2％、小于或等于
±
1％、小于或等于
±
0.5％、小于或等于
±
0.1％、或小于或等于
±
0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的
±
10％(例如小于或等于
±
5％、小于或等于
±
4％、小于或等于
±
3％、小于或等于
±
2％、小于或等于
±
1％、小于或等于
±
0.5％、小于或等于
±
0.1％、或小于或等于
±
0.05％)，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。
32.在本说明书中，除非经特别指定或限定之外，相对性的用词例如：“中央的”、“纵向
的”、“侧向的”、“前方的”、“后方的”、“右方的”、“左方的”、“内部的”、“外部的”、“较低的”、“较高的”、“水平的”、“垂直的”、“高于”、“低于”、“上方的”、“下方的”、“顶部的”、“底部的”以及其衍生性的用词(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等等)应该解释成引用在讨论中所描述或在附图中所描示的方向。这些相对性的用词仅用于描述上的方便，且并不要求将本技术以特定的方向建构或操作。
33.另外，有时在本文中以范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范.围格式是用于便利及简洁起见，且应灵活地理解，不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值及子范围一般。
34.再者，为便于描述，“第一”、“第二”、“第三”等等可在本文中用于区分一个图或一系列图的不同组件。“第一”、“第二”、“第三”等等不意欲描述对应组件。
35.图3至图5示出了根据本技术一些实施例的半导体结构的形成过程，参见图3，第一半导体管芯32和第二半导体管芯34设置在载板30上。在一些实施例中，第一半导体管芯32的有源面朝向载板30，第一半导体管芯32的无源面远离载板30。在一些实施例中，第一半导体管芯32的感测区域52位于第一半导体管芯32的有源面，即感测区域52是朝向载板30。在一些实施例中，第二半导体管芯34是用于控制第一半导体管芯32的专用集成电路(asic)。载板30可以是半导体衬底、任何类型的半导体主体(例如，硅、sige、soi等)，例如半导体晶圆和/或晶圆上的一个或多个管芯、以及与之相关的任何其他类型的半导体和/或外延层。过滤件31设置在第一半导体管芯32的无源面上，过滤件31用于过滤环境信号以滤除环境噪声。在一些实施例中，过滤件31完全覆盖第一半导体管芯32的无源面。在一些实施例中，第一半导体管芯32是光学接收器管芯，环境信号是光学信号，过滤件31是滤光膜。在一些实施例中，第一半导体管芯32是光学传感器。在一些实施例中，第一半导体管芯32和第二半导体管芯34并排设置。在一些实施例中，第一半导体管芯32通过载板30与第二半导体管芯34电连接。
36.参见图4，在一些实施例中，第二半导体管芯34通过引线36与载板30电连接。在一些实施例中，第一半导体管芯32是倒装芯片，第一半导体管芯32包括连接载板30的球栅阵列(ball grid array，bga)38。在一些实施例中，引线36的一端连接第二半导体管芯34的上表面，另一端连接载板30。
37.参见图5，模制化合物50包覆载板30和第一半导体管芯32、第二半导体管芯34，第一半导体管芯32的无源面、滤光膜31相对于模制化合物50暴露，以用于供环境信号通过。在一些实施例中，模制化合物50无法传导环境信号(例如光)，其例如包含用以吸收或反射可见光的碳黑或颜料的树脂、石墨烯等，避免环境信号通过模制化合物50而损耗。在一些实施例中，形成模制化合物50时可以先形成为完全覆盖第一半导体管芯32、第二半导体管芯34、过滤件31，然后例如通过蚀刻工艺将模制化合物50蚀刻回暴露过滤件31。在一些实施例中，模制化合物50可以与第一半导体管芯32的顶面齐平，也可以比第一半导体管芯32的顶面高，例如，过滤件31的至少部分内嵌于模制化合物50中。在一些实施例中，第一半导体管芯32上不存在微透镜阵列，以避免在蚀刻模制化合物50时对微透镜阵列造成损坏。在一些实施例中，第一半导体管芯32的无源面用于供环境信号通过，使环境信号能传递至第一半导体管芯32的位于有源面处的感测区域52。目前已知例如波长超过1100nm的红外线可穿透硅材料，且穿透硅材料时红外线的耗损比穿透玻璃材料时低，因此本技术的实施例运用前述
特性，将第一半导体管芯32的无源面朝上设置，即将第一半导体管芯32的感测区域52朝下设置，使感测区域52能直接受到第一半导体管芯32硅材料的保护，而不需要另外设置盖、玻璃或透光胶，并使环境信号可在低耗损的状态下通过第一半导体管芯32的硅材料抵达感测区域52。因此，相较于现有技术而言，能有效减少环境信号须通过的玻璃或透光胶等介质，并能达到结构的微小化。在一些实施例中，模制化合物50的顶面不低于第一半导体管芯32的无源面，以对第一半导体管芯32达到良好的保护效果。在一些实施例中，模制化合物50的顶面不高于过滤件31，以避免无法传导环境信号的模制化合物50在环境信号通过的路径上对环境信号造成遮挡，而影响虚线bb示出的可视角范围。在一些实施例中，第二半导体管芯34由载板30、模制化合物50完全包围。
38.图6至图8示出了根据本技术另一些实施例的半导体结构的形成过程。参见图6，第一半导体管芯32和第二半导体管芯34设置在载板30上。在一些实施例中，第一半导体管芯32的有源面朝向载板30。在一些实施例中，第二半导体管芯34是用于控制第一半导体管芯32的专用集成电路(asic)。载板30可以是半导体衬底、任何类型的半导体主体(例如，硅、sige、soi等)，例如半导体晶圆和/或晶圆上的一个或多个管芯、以及与之相关的任何其他类型的半导体和/或外延层。过滤件31设置在第一半导体管芯32的无源面上，过滤件31用于过滤环境信号。在一些实施例中，过滤件31完全覆盖第一半导体管芯32的无源面。在一些实施例中，第一半导体管芯32是光学接收器管芯，环境信号是光学信号，过滤件31是滤光膜。在一些实施例中，第一半导体管芯32是光学传感器。在一些实施例中，第二半导体管芯34位于载板30和第一半导体管芯32之间。在一些实施例中，第一半导体管芯32与第二半导体管芯34直接电连接。
39.参见图7，在一些实施例中，第二半导体管芯34通过引线36与载板30电连接。在一些实施例中，第一半导体管芯32是倒装芯片，第一半导体管芯32包括连接第二半导体管芯34的球栅阵列(ball grid array，bga)38。在一些实施例中，引线36的一端连接第二半导体管芯34的上表面，另一端连接载板30。
40.参见图8，模制化合物50包覆载板30和第一半导体管芯32、第二半导体管芯34，第一半导体管芯32的无源面、过滤件31相对于模制化合物50暴露，以用于供环境信号通过。在一些实施例中，模制化合物50无法传导环境信号(例如光)，其例如包含用以吸收或反射可见光的碳黑或颜料的树脂、石墨烯等。在一些实施例中，形成模制化合物50时可以先形成为完全覆盖第一半导体管芯32、第二半导体管芯34、过滤件31，然后例如通过蚀刻工艺将模制化合物50蚀刻回暴露过滤件31。在一些实施例中，模制化合物50可以与第一半导体管芯32的顶面齐平，也可以比第一半导体管芯32的顶面高，例如，过滤件31的至少部分内嵌于模制化合物50中。在一些实施例中，第一半导体管芯32的无源面用于供环境信号通过，使环境信号能传递至第一半导体管芯32的位于有源面处的感测区域52。在一些实施例中，模制化合物50的顶面不低于第一半导体管芯32的无源面。在一些实施例中，模制化合物50的顶面不高于过滤件31，以避免无法传导环境信号的模制化合物50在环境信号通过的路径上对环境信号造成遮挡，而影响虚线cc示出的可视角范围。
41.在一些实施例中，根据实际使用时不同的横向尺寸限制或高度限制，选择如图3至图5所示将两半导体管芯并排设置、或者选择如图6至图8所示将两半导体管芯堆叠设置。
42.图9示出了根据本技术不同实施例的半导体结构，其中，第一半导体管芯32是微机
电传感器，其包括将感测区域52包围在腔90中的盖体(cap)92，在一些实施例中，第一半导体管芯32用于感测环境的温度信号。在一些实施例中，图9所示的实施例也可以如图6至图8所示，将第一半导体管芯32堆叠在第二半导体管芯34上。
43.本实用新型的实施例提供了一种半导体结构，包括：载板30；第一半导体管芯32，设置在载板30上，第一半导体管芯32的有源面朝向载板30；模制化合物50，包覆载板30和第一半导体管芯32，第一半导体管芯32的无源面相对于模制化合物50暴露，无源面用于供环境信号(例如，光信号、温度信号)通过。
44.在一些实施例中，半导体结构还包括：过滤件31，设置在无源面上，过滤件31用于过滤上述环境信号。
45.在一些实施例中，过滤件31的至少部分内嵌于模制化合物50中。
46.在一些实施例中，过滤件31完全覆盖无源面。
47.在一些实施例中，第一半导体管芯32是光学接收器管芯，环境信号是光学信号，过滤件31是滤光膜。
48.在一些实施例中，半导体结构还包括：第二半导体管芯34，设置在载板30上，第二半导体管芯34用于控制第一半导体管芯32。
49.在一些实施例中，第一半导体管芯32和第二半导体管芯34并排设置。
50.在一些实施例中，第二半导体管芯34位于载板30和第一半导体管芯32之间。
51.在一些实施例中，第二半导体管芯34通过引线36与载板30电连接，第一半导体管芯32是倒装芯片。
52.在一些实施例中，引线36的一端连接第二半导体管芯34的上表面，另一端连接载板30。
53.在一些实施例中，模制化合物50无法传导环境信号。
54.本技术的实施例将第一半导体管芯32的无源面暴露，可视角范围由第一半导体管芯32的横向尺寸和厚度所决定，相比于现有技术扩大了可视角范围，并有效提升光线感应能力。本技术的实施例不需要覆盖玻璃或透光胶，有利于结构的微小化并且减少了制作成本，环境信号不需要穿过多层媒介才到达第一半导体管芯32，减少了环境信号的损失。
55.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。