半導體裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的半導體裝置包括：基板，在所述基板上形成有配線層、電極焊盤和光電二極管的光接收區(qū)域，所述配線層位于所述光接收區(qū)域的周圍，所述電極焊盤位于所述配線層上；在所述基板的上表面上形成的樹脂層，所述樹脂層包括位于所述光接收區(qū)域的周圍的至少一個凹槽，并保留在所述基板的所述上表面上的除所述光接收區(qū)域、所述至少一個凹槽和所述電極焊盤之外的區(qū)域上，且所述樹脂層具有耐熱和遮光能力，其中，在所述光接收區(qū)域上方存在有樹脂膜。結(jié)果，能夠防止由于模塑樹脂流到光接收區(qū)域中而導致的PDIC的感光度的降低。因此，能夠提高產(chǎn)率。
【專利說明】半導體裝置
[0001]相關申請的交叉參考
[0002]本申請是申請日為2009年3月25日、發(fā)明名稱為“半導體裝置及半導體裝置制造方法”的第200910132306.1號專利申請的分案申請。
[0003]本申請包含與2008年3月27日向日本專利局提交的日本專利申請JP2008-084568相關的主題，在此將該日本專利申請的全部內(nèi)容并入本文作為參考。
【技術(shù)領域】
[0004]本發(fā)明涉及半導體裝置。具體地，本發(fā)明涉及一種半導體裝置，其含有光電二極管并且是使用模塑樹脂來進行模壓密封的，該模塑樹脂未覆蓋光電二極管的光接收區(qū)域。
【背景技術(shù)】
[0005]光盤播放器被廣泛地用于播放被記錄在諸如⑶-R(可記錄型壓縮盤)和DVD-R(可記錄型數(shù)字式通用盤)等光盤上的數(shù)據(jù)。
[0006]這種光盤播放器包括照射單元、光拾取器以及信號處理電路，其中照射單元利用用于讀取數(shù)據(jù)的激光(下文稱作“光”)來照射光盤的數(shù)據(jù)記錄面；該數(shù)據(jù)記錄面反射來自照射單元的光，而光拾取器接收從該數(shù)據(jù)記錄而反射的光并對應于所接收的光的強度而輸出數(shù)據(jù)信號；信號處理電路使來自光拾取器的數(shù)據(jù)信號受到預定的信號處理，從而產(chǎn)生能用顯示器等部件來顯示的信號。
[0007]在光拾取器的光接收部中具有包含光電二極管的光電探測集成電路(PDIC，photodetector integrated circuit)。光電二極管作為將所接收到的光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕墓怆娹D(zhuǎn)換元件。
[0008]為了保護這種roic中的半導體元件使其不受到來自于外部的沖擊、灰塵、周圍環(huán)境中的潮氣等的影響，通過使用環(huán)氧樹脂等來密封PDic從而封裝roic，并且光電二極管的光接收區(qū)域不會被該環(huán)氧樹脂等覆蓋(例如，參見日本專利申請公開公報N0.2003-017715)。
[0009]諸如上述被封裝的roic等半導體裝置一般是通過如下步驟而被制造出來的:將包括諸如光電二極管等半導體元件的基板接合到用作基臺的導線架(lead frame)上；然后通過使用金屬布線將roic的各端子接合到導線架上的各端子上，從而進行引線接合；并且隨后將包括該roic的導線架裝填至預定形狀的模具中，并使用通過加熱而液化的密封樹脂來填充該模具。
[0010]在用上述方法來制造含有光電二極管的半導體裝置的過程中，當使用密封樹脂來填充模具時，該樹脂會流到光電二極管的光接收區(qū)域中。這例如是由光電二極管的形狀變化所導致的。
[0011]流到光電二極管的光接收區(qū)域中的密封樹脂會使光接收區(qū)域的尺寸減小，從而降低光電二極管的感光度。
[0012]在上述方法中，被加熱的密封樹脂會與諸如光電二極管等半導體元件直接接觸。在此步驟中施加到半導體元件上的熱量會改變在除了光電二極管的光接收區(qū)域之外的區(qū)域中的半導體元件的形狀或特性。這會使半導體元件的特性劣化，從而降低裝置產(chǎn)率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明提供了半導體裝置。
[0014]本發(fā)明另一個實施例的半導體裝置包括:基板，在所述基板上形成有配線層、電極焊盤和光電二極管的光接收區(qū)域，所述配線層位于所述光接收區(qū)域的周圍，所述電極焊盤位于所述配線層上；在所述基板的上表面上形成的樹脂層，所述樹脂層包括位于所述光接收區(qū)域的周圍的至少一個凹槽，并保留在所述基板的所述上表面上的除所述光接收區(qū)域、所述至少一個凹槽和所述電極焊盤之外的區(qū)域上，且所述樹脂層具有耐熱和遮光能力，其中，在所述光接收區(qū)域上方存在有樹脂月吳。
[0015]另外，所述半導體裝置還包括模塑樹脂部，所述模塑樹脂部是通過對上面帶有所述樹脂層的所述光電二極管進行模壓密封而形成的，且所述模塑樹脂部未覆蓋所述光接收區(qū)域。
[0016]另外，所述基板包含多個半導體元件，所述多個半導體元件包含所述光電二極管。
[0017]另外，所述至少一個凹槽包括具有不同直徑的多個同心圓凹槽。
[0018]另外，所述樹脂層由聚酰亞胺樹脂形成。
[0019]本發(fā)明能夠提供一種包括具有高感光度的光電二極管的半導體裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1A、圖1B、圖1C和圖1D是示出了本發(fā)明實施例的半導體裝置的制造步驟的說明圖；
[0021]圖2A、圖2B、圖2C和圖2D是示出了本發(fā)明實施例的半導體裝置的制造步驟的說明圖；
[0022]圖3A和圖3B是示出了本發(fā)明實施例的半導體裝置的制造步驟的說明圖；
[0023]圖4是示出了本發(fā)明實施例的半導體裝置的制造步驟的說明圖；以及
[0024]圖5A、圖5B和圖5C是示出了本發(fā)明實施例的半導體裝置的制造步驟的說明圖。
【具體實施方式】
[0025]下面參照圖1A?圖5C，具體說明本發(fā)明實施例的半導體裝置制造方法以及利用該方法制造出來的半導體裝置。
[0026]下面說明的實施例是將本發(fā)明應用到使用密封樹脂來封裝具有半導體元件的光電探測集成電路(PDIC)的制造步驟的示例，該半導體元件包含在單個半導體基板上的光電二極管。本發(fā)明不限于上述實施例。本發(fā)明可適用于使用樹脂等來密封半導體元件并使得該半導體元件不完全被該樹脂等覆蓋的任何封裝步驟。這種封裝步驟可包括如下的封裝步驟:使用樹脂等將具有光接收區(qū)域的單個半導體元件密封，并使得該光接收區(qū)域未被該樹脂等覆蓋。
[0027]值得注意的是，根據(jù)使用樹脂來密封roic的封裝步驟來說明本實施例。對于在該封裝步驟之前進行的用于形成roic的其它步驟，可使用現(xiàn)有的制造步驟。因此，下面不對這些步驟進行說明。
[0028]圖1A、圖1C、圖2A、圖2C、圖3A、圖3B、圖4、圖5A和圖5B是示出了在本實施例的半導體裝置制造步驟中的結(jié)構(gòu)截面的說明圖。圖1B是圖1A所示結(jié)構(gòu)的平面說明圖。圖1D是圖1C所示結(jié)構(gòu)的平面說明圖。圖2B是圖2A所示結(jié)構(gòu)的平面說明圖。圖2D是圖2C所示結(jié)構(gòu)的平面說明圖。圖5C是利用本實施例的方法制造出來的半導體裝置的立體說明圖。
[0029]下面說明圖5C所示的半導體裝置(以下稱為“PDIC”)的制造方法。如圖1A和圖1B所示，制備一結(jié)構(gòu)體(以下稱為“芯片I”)，該結(jié)構(gòu)體包括:在單個半導體基板3上利用現(xiàn)有制造步驟而形成的光電二極管2，以及諸如晶體管、金屬絕緣體半導體(MIS)電容元件和多晶硅電阻等其它半導體元件(未圖示)。圖1A和圖1B所示的電極焊盤6作為光電二極管2的陽極電極和陰極電極。
[0030]如圖1A所示，在芯片I的上表面的大致中央部位處，該芯片I具有光電二極管2的光接收區(qū)域5。如圖1B所示，光接收區(qū)域5在平面圖中為圓形。
[0031]在光接收區(qū)域5的周圍形成有多級配線層4，多級配線層4包括按照芯片I的設計在芯片I上與半導體元件互連的布線。
[0032]然后如圖1C和圖1D所示，在含有光電二極管2的半導體基板3的整個上表面上，使用聚酰亞胺樹脂形成樹脂層7。
[0033]具體地，按如下所述來形成樹脂層7。當以一定速度旋轉(zhuǎn)芯片I時，在光電二極管2的光接收區(qū)域5上逐滴增加預處理劑，從而將預處理劑旋轉(zhuǎn)涂敷在芯片I的整個上表面上。
[0034]然后同樣地，當以一定速度旋轉(zhuǎn)芯片I時，通過在芯片I上逐滴增加聚酰亞胺樹月旨，從而將聚酰亞胺樹脂旋轉(zhuǎn)涂敷在上述所形成的芯片I的預處理劑層上。因此，樹脂層7被形成為具有5 μ m?15 μ m的厚度。
[0035]在本實施例中，使用聚酰亞胺樹脂來形成樹脂層7，當聚酰亞胺樹脂被固化時具有遮光性。
[0036]然后，通過在樹脂層7上涂敷光致抗蝕劑并利用光刻技術(shù)使上述所形成的光致抗蝕劑層圖形化，從而在樹脂層7上形成抗蝕劑掩模(未圖示)。
[0037]此后，通過該抗蝕劑掩模對樹脂層7進行濕式蝕刻，從而選擇性地除去未破該抗蝕劑掩模覆蓋的樹脂層7部分。結(jié)果，如圖2A和圖2B所示，形成了使光接收區(qū)域5的表面露出的開口，并在樹脂層7中形成了凹槽8。凹槽8被形成為包圍著光接收區(qū)域5。
[0038]可選地，通過向聚酰亞胺樹脂添加感光劑來制備感光性聚酰亞胺樹脂，并使用該感光性聚酰亞胺樹脂來形成樹脂層7，然后使樹脂層7受到一定的圖形曝光處理，由此，不用抗蝕劑掩模就可以形成開口和凹槽8等。
[0039]如圖2B所示，各凹槽8被形成為包圍著光接收區(qū)域5的五個封閉環(huán)狀凹槽。盡管在本實施例中凹槽8的數(shù)量為五個，但本發(fā)明不限于此。形成至少一個凹槽以作為凹槽8并優(yōu)選形成五個以上的凹槽以作為凹槽8。
[0040]凹槽8被形成為具有約20 μ m的寬度并且間距為約20 μ m。
[0041]如下面詳細說明的那樣，當使用密封樹脂來模壓密封roic時，凹槽8用作防止密封樹脂流到光電二極管2的光接收區(qū)域5中的壩。
[0042]如圖2B所示，凹槽8被形成為在平面圖上看是直徑不同的同心圓凹槽，這些凹槽的中心位于光電二極管2的光接收區(qū)域5的中央。
[0043]由于凹槽8在平面圖上看為圓形，因此在稍后進行的模壓密封步驟中，凹槽8能夠防止樹脂從任何方向流到光接收區(qū)域5中。
[0044]盡管在本實施例中凹槽8在平面圖上看為圓形，但只要凹槽8在平面圖上看為封閉環(huán)狀，則諸如矩形或多邊形等任何形狀都滿足用于形成凹槽8的條件。
[0045]當將凹槽8形成為在平面圖上看是多邊形時，在樹脂層7上所形成的抗蝕劑掩模的圖形可趨于簡化。
[0046]當形成凹槽8時，除去在光電二極管2的光接收區(qū)域5上的樹脂層7部分、要形成凹槽8的位置處的樹脂層7部分以及在芯片I的電極焊盤6上的樹脂層7部分。除了這些部分之外的樹脂層7不被除掉并被保留在多級配線層4上。
[0047]也就是說，在本實施例中，用樹脂層7覆蓋住除了光電二極管2之外的各半導體元件。
[0048]如上所述，樹脂層7遮光。在樹脂層7覆蓋住除了光電二極管2之外的各半導體元件的這種結(jié)構(gòu)中，樹脂層7防止了不必要的光經(jīng)過除了光接收區(qū)域5之外的區(qū)域而進入光接收區(qū)域5中。結(jié)果，能夠提高光電二極管2的感光度。
[0049]然后在約350°C的溫度下對芯片I進行約2小時的固化處理，從而使樹脂層7固化。結(jié)果，樹脂層7的諸如機械強度、耐熱性以及耐化學性等特性有所提高。
[0050]然后對芯片I進行灰化處理以除去在樹脂層7的形成過程中產(chǎn)生的殘渣。此后，利用化學機械研磨(CMP, chemical mechanical polishing)法對芯片I的背面進行研磨，從而調(diào)整半導體基板3的厚度(未圖示)。
[0051]如圖2C和圖2D所示，通過粘合劑層11將芯片I固定到導線架10上來進行晶片接合，該芯片I包括樹脂層7中的凹槽8。此后，通過金屬線13將芯片I上的電極焊盤6與導線架10上的電極焊盤12結(jié)合，由此來進行引線接合。
[0052]如圖3A所示，將具有一定彈性的樹脂膜22附著在用于模壓密封芯片I的模具21的內(nèi)表面上。當芯片I被模壓密封時，圖3A中所示的平臺20被用來放置芯片I。
[0053]如圖3B所示，將與導線架10固定在一起的芯片I放置在平臺20上；然后降低模具21，使得在模具21內(nèi)表面的中央處形成的凸部隔著樹脂膜22對光電二極管2的光接收區(qū)域5以及包圍著光接收區(qū)域5的凹槽8的部分進行擠壓。
[0054]以此方式，在使用模塑樹脂23填充模具21之前，使光接收區(qū)域5和凹槽8被樹脂
膜22覆蓋著。
[0055]在此情況下，在模具21內(nèi)表面的中央處的凸部對芯片I的上表面進行擠壓。在本實施例中，由于事先附著到模具21內(nèi)表面上的具有一定彈性的樹脂膜22被用作緩沖器，由此可防止凸部直接接觸并損壞光接收區(qū)域5。
[0056]此后，如圖3B所示，對芯片I的外周進行模壓密封并使光接收區(qū)域5不被模塑樹脂23覆蓋。具體地，使用被加熱液化的模塑樹脂23 (例如環(huán)氧樹脂)來填充由模具21的內(nèi)表面和芯片I的外周限定的空間。通過設置在芯片I的較低外周處的入口將模塑樹脂23引入到該空間中。
[0057]圖4是示出了在該模壓密封步驟中，包括光接收區(qū)域5和凹槽8的部分的放大說明圖。[0058]如圖4所示，當在該模壓密封步驟中使用模塑樹脂23填充模具21時，向模塑樹脂23施加壓力，并且一部分模塑樹脂23能夠經(jīng)過樹脂層7與樹脂膜22之間的間隙而流向光接收區(qū)域5。
[0059]當模塑樹脂23到達光接收區(qū)域5時，光接收區(qū)域5的面積就減小，結(jié)果就會使光電二極管2的感光度劣化。然而，如上所述，在本實施例的半導體裝置制造方法中，在設于芯片I的多級配線層4上的樹脂層7中形成了多個凹槽8并使該多個凹槽8包圍著光接收區(qū)域5。這種結(jié)構(gòu)很好地防止流向光接收區(qū)域5的模塑樹脂23到達光接收區(qū)域5。
[0060]具體地，當向模塑樹脂23施加壓力以使模具21被模塑樹脂23填充時，模塑樹脂23流入到形成有凹槽8的區(qū)域中，且模塑樹脂23從該區(qū)域的外周流向該區(qū)域的內(nèi)部。此時，凹槽8作為用于接收流向光接收區(qū)域5的模塑樹脂23的壩，并且在凹槽8之間的樹脂層7作為用于阻擋流向光接收區(qū)域5的模塑樹脂23的壁。以此方式，很好地防止了模塑樹脂23到達光接收區(qū)域5。
[0061]在使用模塑樹脂23填充模具21時，在凹槽8與模具21內(nèi)表面的中央處的凸部之間布置有具有一定彈性的樹脂膜22。通過樹脂膜22的彈性，能夠吸收部分被施加到模塑樹脂23上的壓力。這也抑制了模塑樹脂23流入到光接收區(qū)域5中。
[0062]當使用被加熱而液化的模塑樹脂23來填充模具21時，模塑樹脂23的熱量會傳遞至芯片I。然而，在本實施例中，由具有良好耐熱性的聚酰亞胺樹脂形成的樹脂層7覆蓋著在芯片I的多級配線層4上的除了光電二極管2的光接收區(qū)域5、形成有凹槽8的區(qū)域以及形成有電極焊盤6的區(qū)域之外的區(qū)域。樹脂層7保護多級配線層4和多級配線層4下方的半導體元件以使它們不受到模塑樹脂23的熱量的影響。結(jié)果，能夠提高產(chǎn)率。
[0063]由于由聚酰業(yè)胺樹脂形成的樹脂層7具有與金屬的膨脹系數(shù)一樣低的膨脹系數(shù)，因此與被加熱的模塑樹脂23接觸而引起的樹脂層7的膨脹或變形可以忽略。
[0064]結(jié)果，在高溫下使用模塑樹脂23來填充模具21時，不會造成諸如由于樹脂層7的熱膨脹或變形而引起下面的多級配線層4中的布線斷開等問題。因此，能夠防止產(chǎn)率的降低。
[0065]然后如圖5A所示，將模壓密封的芯片I從模具21中取出并切分成各個TOIC。
[0066]最后，如圖5B所示，為了防止在roiC的運輸或安裝過程中有灰塵等附著到光電二極管2的光接收區(qū)域5上，在各個roic的上表面處貼有保護膜25。因此，得到了如圖5C所示的roic。
[0067]總之，在本實施例中，PDIC是利用如下的半導體裝置制造方法制造出來的，該制造方法包括如下步驟:在含有光電二極管的基板的上表面上形成樹脂層；在所述樹脂層中形成使所述光電二極管的光接收區(qū)域的表面露出的開口 ；在所述樹脂層中形成至少一個凹槽并使所述至少一個凹槽包圍著所述光接收區(qū)域；并且隨后，通過將所述基板裝填至模具中并用模塑樹脂填充所述模具，來模壓密封所述光電二極管。在該模壓密封步驟中，能夠防止用來填充所述模具的所述模塑樹脂流到所述光電二極管的光接收區(qū)域中。
[0068]結(jié)果，能夠防止由于模塑樹脂流到光接收區(qū)域中而導致的roic的感光度的降低。因此，能夠提高產(chǎn)率。
[0069]在本實施例中，形成有具有不同直徑的多個同心圓凹槽。在此結(jié)構(gòu)中，即使外側(cè)的凹槽未阻擋住模塑樹脂，內(nèi)側(cè)的凹槽能夠阻擋住模塑樹脂。[0070]在本實施例中，由于在用模塑樹脂填充模具之前利用樹脂膜覆蓋住光接收區(qū)域和凹槽，因此在模壓密封步驟中，該樹脂膜防止了模具直接接觸并損壞roic。
[0071]在本實施例中，在形成凹槽的步驟中，讓樹脂層留在包圍著凹槽的區(qū)域中的基板的上表面上。在此結(jié)構(gòu)中，該樹脂層保護roic以使其不受到被加熱的模塑樹脂的熱量的影響。
[0072]結(jié)果，能夠防止由于模塑樹脂的熱量所導致的roic特性的劣化。因此，能夠提高產(chǎn)率。
[0073]在本實施例中，使用了具有極低熱膨脹系數(shù)的聚酰亞胺樹脂來形成上述樹脂層。聚酰業(yè)胺樹脂被固化之后，也呈現(xiàn)出高機械強度、高耐熱性、高耐化學性和遮光性能。結(jié)果，該樹脂層能夠保護roic以使其不受到在制造步驟中所施加的各種應力的影響，因此進一步能夠提高產(chǎn)率。
[0074]本發(fā)明實施例的半導體裝置制造方法的使用能夠提供:包括含有多個半導體元件的基板的PDIC，所述多個半導體元件包括光電二極管；在所述基板的上表面上形成的樹脂層，所述樹脂層未覆蓋所述光電二極管的光接收區(qū)域，所述樹脂層包括包圍著所述光接收區(qū)域的至少一個凹槽；以及模塑樹脂部，所述模塑樹脂部是通過對上面帶有所述樹脂層的所述半導體元件進行模壓密封而形成的，且所述模塑樹脂部未覆蓋所述光接收區(qū)域。
[0075]在此方法中，在模壓密封過程中所使用的模塑樹脂不會附著到光電二極管的光接收區(qū)域，因此不會減小光接收區(qū)域的面積。這樣，所得到的roic能夠具有高感光度。此外，在各roic之間的感光度的變化較少，因此能夠提高產(chǎn)率。
[0076]本領域技術(shù)人員應當理解，依據(jù)不同的設計要求和其它因素，可以在本發(fā)明所附的權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)進行各種修改、組合、次組合及改變。
【權(quán)利要求】
1.一種半導體裝置，其包括: 基板，在所述基板上形成有配線層、電極焊盤和光電二極管的光接收區(qū)域，所述配線層位于所述光接收區(qū)域的周圍，所述電極焊盤位于所述配線層上； 在所述基板的上表面上形成的樹脂層，所述樹脂層包括位于所述光接收區(qū)域的周圍的至少一個凹槽，并保留在所述基板的所述上表面上的除所述光接收區(qū)域、所述至少一個凹槽和所述電極焊盤之外的區(qū)域上，且所述樹脂層具有耐熱和遮光能力， 其中，在所述光接收區(qū)域上方存在有樹脂膜。
2.如權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其還包括: 模塑樹脂部，所述模塑樹脂部是通過對上面帶有所述樹脂層的所述光電二極管進行模壓密封而形成的，且所述模塑樹脂部未覆蓋所述光接收區(qū)域。
3.如權(quán)利要求1或2所述的半導體裝置，其中，所述基板包含多個半導體元件，所述多個半導體元件包含所述光電二極管。
4.如權(quán)利要求1或2所述的半導體裝置，其中，所述至少一個凹槽包括具有不同直徑的多個同心圓凹槽。
5.如權(quán)利要求1或2所述的半導體裝置制造，其中，所述樹脂層由聚酰亞胺樹脂形成。
【文檔編號】H01L31/0203GK103594526SQ201210597892
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2008年3月27日
【發(fā)明者】米田修二, 大石正人, 篠原保, 渡邊信二, 宮田浩司, 深江誠二, 山內(nèi)健二, 后藤陽一, 馬場雅和 申請人:索尼株式會社