光學傳感器及其制造方法
【專利摘要】一種光學傳感器及其制造方法。光學傳感器可耦接于基板，包含半導體傳感器晶粒以及多個導電連接體。半導體傳感器晶粒包含第一表面、第二表面以及傳感部。當光學傳感器耦接于基板時，第一表面面對基板。第二表面與第一表面相背，且向半導體傳感器晶粒內(nèi)部形成窗口。傳感部設(shè)置于第一表面及第二表面間，且至少部分暴露于窗口。多個導電連接體設(shè)置于第一表面，并與傳感部耦接，供光學傳感器耦接于基板。
【專利說明】光學傳感器及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明是關(guān)于一種光學傳感器的封裝，特別是有關(guān)于光學傳感器及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 對于工業(yè)，特別是自動化控制而言，感測元件是不可或缺的。常見的感測元件例如 光傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、濕度傳感器、距離傳感器等。其中，因為光傳感器可以 感測環(huán)境亮度，供顯示器作為調(diào)整亮度的參考，由此達到省電功效，所以廣泛應用于各式具 有顯示器的消費性產(chǎn)品上。
[0003] 在常見的封裝工藝中，光傳感器的晶片與基板間是以導線耦接。由于需要預留間 隙供打線使用，故模塊在尺寸上較難達到小型化的需求。另一方面，有部分封裝材質(zhì)較易因 受熱而軟化(例如透明膠常用的樹脂)，進而去拉扯導線使其斷裂或與導線架接觸不良。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種光學傳感器及其制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)所遭 遇到的上述問題。
[0005] 光學傳感器可耦接于一基板，光學傳感器包含半導體傳感器晶粒以及多個導電連 接體。半導體傳感器晶粒包含第一表面、第二表面以及傳感部。當光學傳感器耦接于基板 時，第一表面面對基板。第二表面與第一表面相背，且向半導體傳感器晶粒內(nèi)部形成窗口。 傳感部設(shè)置于第一表面及第二表面間，且至少部分暴露于窗口。多個導電連接體設(shè)置于第 一表面，并與傳感部耦接，供光學傳感器耦接于基板。
[0006] 半導體傳感器晶粒進一步包含基材以及覆體?；木哂邢啾车牡谝槐砻嬉约俺休d 面，其中傳感部設(shè)置于承載面。覆體覆蓋承載面，并形成窗口以至少暴露部分的傳感部。
[0007] 多個導電連接體為焊球。傳感部具有相背的第三表面及第四表面，第三表面朝向 第一表面，第四表面至少部分暴露于窗口。傳感部為PIN二極管。傳感部為堆迭結(jié)構(gòu)。傳 感部為五層式堆迭結(jié)構(gòu)，包含：下電極、設(shè)置于下電極上的第一導電型氫化非晶娃層、設(shè)置 于第一導電型氫化非晶硅層上的本征氫化非晶硅層、設(shè)置于本征氫化非晶硅層上的第二導 電型氫化非晶硅層、以及設(shè)置于第二導電型氫化非晶硅層上且至少部分暴露于窗口的上電 極。光學傳感器進一步包含透鏡設(shè)置于窗口。感測裝置包含前述的光學傳感器以及與多個 導電連接體耦接的基板。
[0008] 光學傳感器制造方法，包含：提供基材，具有相背的第一表面以及承載面；于承載 面上設(shè)置傳感部；于承載面上設(shè)置覆體，覆蓋承載面及傳感部；于第一表面設(shè)置多個導電 連接體，且與傳感部耦接；以及于覆體形成窗口以至少暴露部分的傳感部。
[0009] 在不同實施例中，光學傳感器制造方法包含：提供基材，具有相背的第一表面以及 承載面；于承載面上設(shè)置傳感部；于承載面上設(shè)置覆體，覆蓋承載面及傳感部；于覆體形成 窗口以至少暴露部分的傳感部；以及于第一表面設(shè)置多個導電連接體，且與傳感部耦接。
[0010] 光學傳感器制造方法進一步包含設(shè)置透鏡于窗口。于第一表面設(shè)置多個導電連接 體的步驟包含使傳感部和多個導電連接體在第一表面的法線方向上的投影至少部分重迭。 于第一表面設(shè)置多個導電連接體的步驟包含使用焊球作為多個導電連接體。
[0011] 于承載面上設(shè)置該傳感部的步驟包含：于承載面上設(shè)置下電極；于下電極上設(shè)置 第一導電型氫化非晶硅層；于第一導電型氫化非晶硅層上設(shè)置本征氫化非晶硅層；于本征 氫化非晶硅層上設(shè)置第二導電型氫化非晶硅層；以及于第二導電型氫化非晶硅層上形成上 電極。
[0012] 基于上述，在本發(fā)明中的光學傳感器具有較低的生產(chǎn)成本及較小的體積。
[0013] 本發(fā)明之另一目的在于提供一種光學傳感器制造方法，具有較低的生產(chǎn)成本，從 而得以解決現(xiàn)有技術(shù)所述及的問題。
[0014] 應了解的是，上述一般描述及以下【具體實施方式】僅為例示性及闡釋性的，其并不 能限制本發(fā)明所欲主張的范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明光學傳感器的較佳實施例示意圖；
[0016] 圖2為本發(fā)明光學傳感器的較佳實施例部分放大示意圖；
[0017] 圖3為本發(fā)明光學傳感器的窗口偵幢傾斜的實施例示意圖；
[0018] 圖4為本發(fā)明光學傳感器進一步具有透鏡的實施例示意圖；
[0019] 圖5A為本發(fā)明光學傳感器制造方法的較佳實施例流程圖；
[0020] 圖5B為本發(fā)明設(shè)置傳感部的較佳實施例流程圖；
[0021] 圖6A到6F為本發(fā)明光學傳感器的制造步驟示意圖；
[0022] 圖7為本發(fā)明光學傳感器制造方法的不同實施例流程圖；
[0023] 圖8A到8F為本發(fā)明光學傳感器的不同制造步驟示意圖；
[0024] 圖9A到9F為本發(fā)明光學傳感器的不同制造步驟示意圖。
[0025] 主要元件符號說明：
[0026] 100半導體傳感器晶粒
[0027] 101 第一表面
[0028] 102承載面
[0029] 103 第二表面
[0030] 188 透鏡
[0031] 199 窗口
[0032] 200 基材
[0033] 300導電連接體
[0034] 400傳感部
[0035] 401下電極
[0036] 402第一導電型氫化非晶硅層
[0037] 403本征氫化非晶硅層
[0038] 404第二導電型氫化非晶硅層
[0039] 405上電極
[0040] 43〇第三表面
[0041] 440第四表面
[0042] 499 區(qū)域
[0043] 500光學傳感器
[0044] 600 覆體
[0045] 700 基板
[0046] 900感測裝置

【具體實施方式】
[0047] 在下述諸實施例中，當元件被指為"連接"或"耦接"至另一元件時，其可為直接連 接或耦接至另一元件，或可能存在介于其間的元件。
[0048] 如圖1所示的較佳實施例，光學傳感器500可耦接于基板700,以組成感測裝置 900。光學傳感器500包含半導體傳感器晶粒100以及多個導電連接體300。半導體傳感器 晶粒100包含第一表面101、第二表面103以及傳感部400。當光學傳感器500耦接于基板 700時，第一表面101面對基板700。第二表面103與第一表面101相背，且第二表面103的 一部份向半導體傳感器晶粒100內(nèi)部形成窗口 199。傳感部400設(shè)置于第一表面101及第二 表面103間，且至少部分暴露于窗口 199。更具體而言，傳感部400具有相背的第三表面430 及第四表面440,第三表面430朝向第一表面101，第四表面440至少部分暴露于窗口 199。 該些導電連接體300設(shè)置于第一表面101，并與傳感部400耦接，供光學傳感器500耦接于 基板700。在本實施例中，基板700可以為印刷電路板、陶瓷基板或其他材質(zhì)的基板。在本 實施例中，多個導電連接體300較佳為焊球，其可以以球柵陣列（Ball Grid Array，BGA)方 式實作，然而在不同實施例中，亦可以凸柱等導體單元替換。
[0049] 以不同角度觀之，半導體傳感器晶粒100進一步包含基材200與覆體600。基材 200具有相背的第一表面101與承載面102,其中傳感部400設(shè)置于承載面102。覆體600 覆蓋承載面102,并形成窗口 199以至少暴露部分的傳感部400。
[0050] 如圖1所示，在光學傳感器500中，傳感部400與該些導電連接體300設(shè)置于不同 表面，可由此減少該些導電連接體300遮蔽傳感部400所造成的干擾。進一步而言，在較佳 實施例中，因為傳感部400部分至少暴露于窗口 199,欲感測的標的信號或物質(zhì)可通過窗口 199到達傳感部，又該些導電連接體300設(shè)置于與傳感部400所在的承載面102相背的第 一表面101，所以本實施例的光學傳感器500可以采用例如球柵陣列等作為該些導電連接 體300而不會遮蔽傳感部400造成干擾。換言之，本實施例的光學傳感器500可以達到晶 圓級晶片尺寸封裝（wafer level chip scale package, WLCSP)。由此，本實施例的光學傳 感器500以及使用其制成的感測裝置900,可具有較低的生產(chǎn)成本及較小的體積。
[0051] 傳感部400較佳包含為光傳感部，其較佳為堆迭結(jié)構(gòu)。更具體而言，如圖2所示圖 1中區(qū)域499的放大圖，傳感部400較佳為五層式堆迭結(jié)構(gòu)，包含下電極401、設(shè)置于下電極 401上的第一導電型氫化非晶娃層402、設(shè)置于第一導電型氫化非晶娃層402上的本征氫化 非晶硅層403、設(shè)置于本征氫化非晶硅層403上的第二導電型氫化非晶硅層404、以及設(shè)置 于第二導電型氫化非晶娃層404上的上電極405。
[0052] 傳感部400較佳為PIN二極管。換言之，堆迭結(jié)構(gòu)具有PIN結(jié)構(gòu)，亦即第二導電型 氫化非晶硅層404為P型，厚度較佳介于50.人至500A，p型摻質(zhì)的濃度較佳介于1 x 1017 至1 X 1021原子/立方公分（atomS/cm3)，P型摻質(zhì)可以是硼；本征氫化非晶硅層403的厚 度較佳介于500A至5000A;第一導電型氫化非晶硅層402為N型，厚度較佳介于50A至 500A，N型摻質(zhì)的濃度較佳介于1 x 1017至1 x 1021原子/立方公分，n型摻質(zhì)可以是磷或 是砷。下電極401較佳為金屬。上電極405較佳為透光導電物質(zhì)，例如但不限為銦錫氧化 物及銦鋅氧化物，以利光線通過。上電極405的厚度較佳介于500A至5000A。
[0053] 進一步而言，PIN二極管具有雙面均可感光的特性。因此，在使用PIN二極管作為 傳感部400的實施例中，通過在半導體傳感器晶粒100的第二表面103 (即晶背）開設(shè)可暴 露第二導電型氫化非晶娃層404的窗口 199,亦可讓第二導電型氫化非晶娃層404感光。由 此，本實施例的光學傳感器500可以采用例如球柵陣列等作為該些導電連接體300而不會 遮蔽傳感部400造成干擾。
[0054] 如圖3所示的不同實施例，窗口 199的側(cè)壁可進一步傾斜使窗口 199具有較大的 開口，通過增強對信號的搜集來增強感測效果。如圖4所示的不同實施例，光學傳感器500 可進一步包含透鏡188設(shè)置于窗口 199,由此減少粉塵等污染物接觸到傳感部400而造成干 擾。透鏡188較佳但不限為透明的環(huán)氧樹脂。透鏡188的頂面可具有不同的曲率，通過增 強對信號的搜集來增強感測效果。
[0055] 如圖5A所示的較佳實施例，本發(fā)明光學傳感器制造方法包含例如以下步驟。
[0056] 步驟1010,提供基材，具有相背的第一表面以及承載面。具體而言，較佳是提供如 圖6A所示具有第一表面101以及承載面102的基材200。其中，基材200較佳為氧化硅、 硼磷硅玻璃、磷硅玻璃、無摻雜硅玻璃、氟摻雜硅玻璃、旋涂式玻璃等低介電常數(shù)材料?；?材200可以使用化學氣相沈積法或旋涂法等方法形成，內(nèi)部并形成有導線電連通第一表面 101以及承載面102。
[0057] 步驟1030,于承載面上設(shè)置傳感部。具體而言，較佳是如圖6B所示于承載面102 上設(shè)置傳感部400。其中傳感部400較佳是如圖2所示為五層式堆迭結(jié)構(gòu)，包含下電極401、 第一導電型氫化非晶娃層402、本征氫化非晶娃層403、第二導電型氫化非晶娃層404、以及 上電極405。
[0058] 步驟1050,于承載面上設(shè)置覆體，覆蓋承載面及傳感部。具體而言，較佳是如圖6C 所示于承載面102上設(shè)置覆體600,覆蓋承載面102及傳感部400。覆體600較佳為氧化硅、 硼磷硅玻璃、磷硅玻璃、無摻雜硅玻璃、氟摻雜硅玻璃、旋涂式玻璃等低介電常數(shù)材料。覆體 600可以使用化學氣相沈積法或旋涂法等方法形成。
[0059] 步驟1070,于第一表面設(shè)置該些導電連接體，且與傳感部耦接。具體而言，較佳是 如圖6D所示于第一表面101設(shè)置球柵陣列作為導電連接體300。導電連接體300是通過前 述基材200內(nèi)部的導線(無繪示）與傳感部400耦接。
[0060] 步驟1090,于覆體形成窗口以至少暴露部分的傳感部。具體而言，較佳是如圖6E 所示于覆體600形成窗口 199以至少暴露部分的傳感部400。其中，可通過干式或濕式蝕刻 或鐳射雕刻等方式于覆體600形成窗口 199。
[0061] 在較佳實施例中，光學傳感器制造方法可進一步包含步驟1110，設(shè)置透鏡于窗口。 具體而言，較佳是通過將液態(tài)樹脂注入窗口 199,并以紫外線照射或加熱使其硬化成為如圖 6F所示的透鏡188。其中，可通過改變液態(tài)樹脂的注入量來控制透鏡188的形狀。例如，若 液態(tài)樹脂的注入量略大于窗口的可容置體積，液態(tài)樹脂會因表面張力外凸于窗口的開口而 形成凸透鏡。
[0062] 如圖5B所示，在較佳實施例中，前述步驟1030包含例如以下步驟。
[0063] 步驟1031，于承載面上設(shè)置下電極。具體而言，是以物理氣相沈積法（PVD)或是化 學氣相沈積法（CVD)沉積例如金、銀、銅、鈦、鎢、鑰、鉻或鋁等金屬及其迭層或合金或其他 導電材料之后，再以微影、蝕刻工藝進行圖案化，形成與前述基材200內(nèi)部的導線(無繪示） 耦接的下電極401 (請見圖2)。
[0064] 步驟1033,于下電極上設(shè)置第一導電型氫化非晶硅層。步驟1035,于第一導電型 氫化非晶硅層上設(shè)置本征氫化非晶硅層。步驟1037,于本征氫化非晶硅層上設(shè)置第二導電 型氫化非晶硅層。步驟1033、1035、1037較佳是使用電漿增強型化學氣相沈積法，以B 2H6/ H2和PH3/H2做為反應摻雜氣體，在沈積的過程中改變摻雜的型態(tài)或濃度，并進行微影與蝕 刻工藝加以以圖案化。其中，第二導電型氫化非晶硅層404為P型，厚度較佳介于50入至 50〇A，P型摻質(zhì)的濃度較佳介于1 X 1017至1 X 1021原子/立方公分（atoms/cm3)，P型摻質(zhì) 可以是硼；本征氫化非晶硅層403的厚度較佳介于至5000A;第一導電型氫化非晶 硅層402為N型，厚度較佳介于50A至500A, N型摻質(zhì)的濃度較佳介于1 X 1017至1 X 1021 原子/立方公分，N型摻質(zhì)可以是磷或是砷。
[0065] 步驟1039,于第二導電型氫化非晶硅層上形成上電極。具體而言，較佳是以濺鍍法 沉積例如銦錫氧化物及銦鋅氧化物等材料于第二導電型氫化非晶硅層404上，并進行微影 與蝕刻工藝加以以圖案化。
[0066] 如圖7所示，在不同實施例中，光學傳感器制造方法包含例如以下步驟。
[0067] 步驟2010,提供基材，具有相背的第一表面以及承載面。具體而言，較佳是提供如 圖8A所示具有第一表面101以及承載面102的基材200。其中，基材200較佳為氧化硅、 硼磷硅玻璃、磷硅玻璃、無摻雜硅玻璃、氟摻雜硅玻璃、旋涂式玻璃等低介電常數(shù)材料?；?材200可以使用化學氣相沈積法或旋涂法等方法形成，內(nèi)部并形成有導線電連通第一表面 101以及承載面102。
[0068] 步驟2030,于承載面上設(shè)置傳感部。具體而言，較佳是如圖8B所示于承載面102上 設(shè)置傳感部400。其中傳感部400較佳是如圖2所示為五層式堆迭結(jié)構(gòu)，包含下電極401、第 一導電型氫化非晶娃層402、本征氫化非晶娃層403、第二導電型氫化非晶娃層404、以及上 電極405。傳感部400的設(shè)置流程較佳包含例如前述步驟1031、1033、1035、1037、及1039。 [0069] 步驟2050,于承載面上設(shè)置覆體，覆蓋承載面及傳感部。具體而言，較佳是如圖8C 所示于承載面102上設(shè)置覆體600,覆蓋承載面102及傳感部400。其中，覆體600較佳為 氧化硅、硼磷硅玻璃、磷硅玻璃、無摻雜硅玻璃、氟摻雜硅玻璃、旋涂式玻璃等低介電常數(shù)材 料。覆體600可以使用化學氣相沈積法或旋涂法等方法形成。
[0070] 步驟2070,于覆體形成窗口以至少暴露部分的傳感部。具體而言，較佳是如圖8D 所示于覆體600形成窗口 199以至少暴露部分的傳感部400。其中，可通過干式或濕式蝕刻 或鐳射雕刻等方式于覆體600形成窗口 199。
[0071] 步驟2090,于第一表面設(shè)置該些導電連接體，且與傳感部耦接。具體而言，較佳是 如圖8E所示于第一表面101設(shè)置球柵陣列作為導電連接體300。導電連接體300是通過前 述基材200內(nèi)部的導線(無繪示）與傳感部400耦接。
[0072] 在此不同實施例中，光學傳感器制造方法進一步包含步驟2110,設(shè)置透鏡于窗口。 具體而言，較佳是通過將液態(tài)樹脂注入窗口 199,并以紫外線照射或加熱使其硬化成為如圖 8F所示的透鏡188。其中，可通過改變液態(tài)樹脂的注入量來控制透鏡188的形狀。例如，若 液態(tài)樹脂的注入量略大于窗口的可容置體積，液態(tài)樹脂會因表面張力外凸于窗口的開口而 形成凸透鏡。
[0073] 進一步而言，對比圖6A到6F所示實施例及圖8A到8F可以發(fā)現(xiàn)，兩者的不同主要 在于窗口 199形成的次序先后。更具體而言，在圖6A到6F所示的實施例中，是先設(shè)置該些 導電連接體300,而后再形成窗口 199,由此可避免設(shè)置該些導電連接體300時有污染物接 觸到傳感部400。在圖8A到8F所示的實施例中，是先形成窗口 199,而后再設(shè)置該些導電 連接體300。換言之，窗口 199是直接在制作包含第一表面101、第二表面103以及傳感部 400的半導體傳感器晶粒100的前端工藝中完成，然后再于后端封裝工藝中設(shè)置該些導電 連接體300,制造流程較為流暢。
[0074] 如圖9A到9F所示的不同實施例，窗口 199在前端工藝完成后，亦可先如圖9E先 設(shè)置透鏡188于窗口，然后再如圖9F設(shè)置該些導電連接體300。如此，不僅可保持制造流程 流暢，亦可避免設(shè)置該些導電連接體300時有污染物接觸到傳感部400。
[0075] 雖然前述的描述及圖式已揭示本發(fā)明之較佳實施例，必須了解到各種增添、許多 修改和取代可能使用于本發(fā)明較佳實施例，而不會脫離如所附權(quán)利要求所界定的本發(fā)明原 理的精神及范圍。熟悉本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的一般技藝者將可體會，本發(fā)明可使用于許多 形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例、材料、元件和組件的修改。因此，本文于此所揭示的實施例應被視為 用以說明本發(fā)明，而非用以限制本發(fā)明。本發(fā)明的范圍應由后附權(quán)利要求所界定，并涵蓋其 合法均等物，并不限于先前的描述。
【權(quán)利要求】
1. 一種光學傳感器，其特征在于，可耦接于一基板，該光學傳感器包含： 一半導體傳感器晶粒，包含： 一第一表面，當該光學傳感器稱接于該基板時，該第一表面面對該基板； 一第二表面，與該第一表面相背，且具有一窗口；以及 一傳感部，設(shè)置于該第一表面及該第二表面間，且至少部分暴露于該窗口；以及 多個導電連接體，設(shè)置于該第一表面，并與該傳感部電性耦接，供該光學傳感器耦接于 該基板。
2. 如權(quán)利要求1所述的光學傳感器，其特征在于，該半導體傳感器晶粒進一步包含： 一基材，具有相背的該第一表面以及一承載面，其中該傳感部設(shè)置于該承載面；以及 一覆體，覆蓋該承載面，并形成該窗口以至少暴露部分的該傳感部。
3. 如權(quán)利要求1所述的光學傳感器，其特征在于，該些導電連接體為焊球。
4. 如權(quán)利要求1所述的光學傳感器，其特征在于，該傳感部具有相背的一第三表面及 一第四表面，該第三表面朝向該第一表面，該第四表面至少部分暴露于該窗口。
5. 如權(quán)利要求1所述的光學傳感器，其特征在于，該傳感部為PIN二極管。
6. 如權(quán)利要求1所述的光學傳感器，其特征在于，該傳感部為堆迭結(jié)構(gòu)。
7. 如權(quán)利要求6所述的光學傳感器，其特征在于，該傳感部為五層式堆迭結(jié)構(gòu)，包含： 一下電極； 一第一導電型氫化非晶娃層，設(shè)置于該下電極上； 一本征氫化非晶硅層，設(shè)置于該第一導電型氫化非晶硅層上； 一第二導電型氫化非晶娃層，設(shè)置于該本征氫化非晶娃層上；以及 一上電極，設(shè)置于該第二導電型氫化非晶硅層上，且至少部分暴露于該窗口。
8. -種光學傳感器的制造方法，其特征在于，包含： 提供一基材，具有相背的一第一表面以及一承載面； 于該承載面上設(shè)置一傳感部； 于該承載面上設(shè)置一覆體，覆蓋該承載面及該傳感部； 于該第一表面設(shè)置多個導電連接體，且與該傳感部耦接；以及 于該覆體形成一窗口以至少暴露部分的該傳感部。
9. 如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，于該第一表面設(shè)置多個導電連接體的 步驟包含使用焊球作為該些導電連接體。
10. 如權(quán)利要求8所述的制造方法，其特征在于，于該承載面上設(shè)置該傳感部的步驟包 含： 于該承載面上設(shè)置一下電極； 于該下電極上設(shè)置一第一導電型氫化非晶娃層； 于該第一導電型氫化非晶硅層上設(shè)置一本征氫化非晶硅層； 于該本征氫化非晶娃層上設(shè)置一第二導電型氫化非晶娃層；以及 于該第二導電型氫化非晶娃層上形成一上電極。
【文檔編號】H01L31/18GK104377249SQ201310671614
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】林炳原 申請人:力智電子股份有限公司