半导体封装结构及其制造方法与流程

1.本公开涉及一种半导体封装结构，更具体地说，涉及一种具有光吸收层的半导体封 装结构。


背景技术：

2.传统上，半导体封装结构具有半导体裸片，所述半导体裸片具有足够的厚度以阻挡 光产生噪声。随着半导体封装结构大小的减小，需要更薄的半导体裸片。然而，当半导 体裸片的厚度太薄时，光会穿过半导体裸片并到达主动层，从而引起噪声，这会影响半 导体封装结构的性能。因此，需要新的半导体封装结构来解决以上问题。


技术实现要素：

3.在一些实施例中，一种半导体封装结构包含半导体裸片和光吸收层。所述半导体裸 片具有第一表面、第二表面和第三表面。所述半导体裸片的主动层邻近于所述第一表面。 所述第二表面与所述第一表面相对。所述第三表面从所述第一表面延伸到所述第二表 面。所述光吸收层覆盖所述半导体裸片的所述第二表面和所述第三表面。所述半导体裸 片具有从所述第一表面到所述第二表面定义的厚度，并且所述半导体裸片的所述厚度小 于或等于约300微米(μm)。
4.在一些实施例中，一种制造半导体封装结构的方法包含：提供半导体裸片，所述半 导体裸片包括第一表面、第二表面和第三表面，其中所述第二表面与所述第一表面相对， 并且所述第三表面从所述第一表面延伸到所述第二表面；以及形成光吸收层以覆盖所述 半导体裸片的所述第二表面和所述第三表面，其中所述光吸收层包含具有第一厚度的第 一部分，以及具有小于所述第一厚度的第二厚度的第二部分。
附图说明
5.当结合附图阅读时，根据以下详细描述容易地理解本公开的一些实施例的各方面。 应注意，各种结构可能未按比例绘制，且出于论述的清楚起见，各种结构的尺寸可任意 增大或减小。
6.图1示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构的实例的横截面视图。
7.图1a示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构的实例的横截面视图。
8.图2示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构的实例的横截面视图。
9.图3示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构的实例的横截面视图。
10.图4示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构的实例的横截面视图。
11.图5示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构的实例的横截面视图。
12.图6示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构的实例的横截面视图。
13.图7示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构的实例的横截面视图。
14.图8示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构的实例的横截面视图。
15.图9示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构的实例的横截面视图。
16.图10示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构的实例的横截面视图。
17.图11示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构的实例的横截面视图。
18.图12示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构的实例的横截面视图。
19.图13a示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构的实例的横截面视图。
20.图13b示出了根据本公开的一些实施例的比较例半导体装置的横截面视图。
21.图14a、图14b、图14c、图14d、图14e、图14f和图14g示出了根据本公开的 一些实施例的制造半导体装置的方法的各个阶段。
22.图15a、图15b和图15c示出了根据本公开的一些实施例的制造半导体封装结构的 方法的各个阶段。
具体实施方式
23.在整个图式和详细描述中使用共同参考标号来指示相同或相似组件。根据以下结合 附图作出的详细描述将容易理解本公开的实施例。
24.以下公开内容提供用于实施所提供的主题的不同特征的许多不同实施例或实例。下 文描述组件和布置的具体实例，以解释本公开的某些方面。当然，这些仅是实例且并不 希望为限制性的。例如，在以下描述中，第一特征在第二特征上方或上的形成可以包含 第一特征和第二特征直接接触地形成或安置的实施例，并且还可包含额外特征可在第一 特征与第二特征之间形成或安置使得第一特征和第二特征可不直接接触的实施例。另 外，本公开内容可在各种实例中重复参考标号和/或字母。此重复是出于简化和清楚的目 的且本身并不指示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。
25.图1示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构1a的实例的横截面视图。 在一些实施例中，半导体封装结构1a包含半导体裸片10和光吸收层(light absorbinglayer)30。
26.半导体裸片10可包含硅衬底或其它合适的衬底。半导体裸片10可以具有表面101、 与表面101相对的表面102以及从表面101延伸到表面102的表面103。表面101还可 被称作主动表面(active surface)或第一表面。表面102还可被称作背侧表面(backsidesurface)或第二表面。表面103还可被称作侧表面或第三表面。在一些实施例中，半导体 裸片10具有厚度h1，所述厚度由表面101到表面102所定义或界定(define)，所述厚度 大于0并且小于或等于约300微米(μm)。
27.半导体裸片10可包含主动层(active layer)20。主动层20可安置于半导体裸片10的 表面101上。在一些实施例中，主动层20可嵌入邻近于半导体裸片10的表面101。在 一些实施例中，主动层20的一部分可安置于半导体裸片10的表面101上，并且另一部 分嵌入在半导体裸片10中，本公开并不意图限于此。在一些实施例中，主动层20可包 含光学敏感元件。主动层20可包含一或多个集成电路(integrated circuits，ic)。例如，主 动层20可包含二极管、晶体管或其它合适元件的组合。
28.光吸收层30可覆盖半导体裸片10的表面102和103。也就是说，从俯视图看，光 吸收层30可包围表面102的所有边缘(edge)。光吸收层30被配置成防止光透过表面102 和/或103入射到主动层20。光吸收层30可吸收光，尤其是波长为约390nm到约1000 nm的光。例如，
当光吸收层30具有约2μm的厚度时，具有390nm到1000nm的波长 的光穿过光吸收层30为0.1％或小于0.1％。在一些实施例中，当半导体裸片10具有约 300μm的厚度并且光吸收层30具有约2μm的厚度时，来自表面302的入射光可被光 吸收层30和半导体裸片10吸收，并且入射到主动层20的光可减少到0.01％或小于 0.1％。
29.在一些实施例中，光吸收层30的材料可包含例如丙烯酸树脂、聚乙烯醇和聚酰亚 胺之类的聚合物。在一些实施例中，光吸收层30可包含碳黑。在一些实施例中，光吸收 层30不包含光活性剂(photoactive agent)。在一些实施例中，光吸收层30不含光学固化 材料(optically
‑
cured material)。
30.光吸收层30可具有面向半导体裸片10的内表面301和与内表面301相对的外表面 302。在本公开中，可沿着表面102或103的法线方向测量光吸收层30的厚度。在本公 开中，光吸收层30在不同位置上可具有不同厚度。例如，光吸收层30可在表面102上 具有较厚厚度并且在表面103上具有较薄厚度。然而，本公开并不意图限于此。在一些 实施例中，光吸收层30可具有在约1.5μm到5μm范围内的厚度。在一些实施例中，光 吸收层30可具有在约5μm到10μm范围内的厚度。在一些实施例中，光吸收层30可 具有在约10μm到30μm范围内的厚度。
31.半导体封装结构1a可包含钝化层(passivation layer)40。钝化层40可覆盖半导体裸 片10的表面101。钝化层40可覆盖主动层20。钝化层40可被配置成保护半导体裸片 10中的导电元件、主动层20和/或其它元件以免受损坏或污染。钝化层40可包含氮化 物、氧化物、氮氧化物、树脂或其它合适的材料。
32.半导体封装结构1a可包含端子(terminal)50。端子50可被配置成电连接半导体封装 结构1a和其它元件，例如印刷电路板(printed circuited board，pcb)。在一些实施例中， 端子50是焊球(例如，sn球)。主动层20可通过形成于半导体裸片10中或钝化层40中 的导线电连接到端子50。
33.在一些实施例中，半导体封装结构1a包含可作为光屏蔽层(light
‑
shielding layer)的光 吸收层30，与传统半导体封装结构相比，所述光吸收层减少噪声信号并且有助于制造具 有较小尺寸的半导体封装结构1a。例如，比较例半导体封装结构使用金属层作为光屏蔽 层。因为光可从金属反射，所以金属屏蔽层可使得光被反射并且入射到对光敏感的其它 元件或设备，这可能会不利地影响其它元件或设备。另一比较例半导体封装结构可使用 模制原料(molding compound)作为光屏蔽层来防止光被反射。然而，考虑到模制工艺的局 限性和单切的容许误差，模制原料的厚度大于50μm。此外，模制原料应具有大于150 μm的厚度以确保大多数光可被模制原料吸收，这增加了半导体封装结构的大小。
34.图1a示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构1a'的实例的横截面视图。 在一些实施例中，钝化层40可完全覆盖半导体裸片10的表面101，并且光吸收层30可 进一步覆盖钝化层40的一部分。在一些实施例中，光吸收层30的一部分可邻近于表面 103覆盖钝化层40。光吸收层30的一部分可具有基本上均匀的厚度，或光吸收层30的 一部分的厚度可从表面103朝向表面101逐渐减小或增加。
35.图2示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构1b的实例的横截面视图。 图2的半导体封装结构1b具有与图1的半导体封装结构1a的结构相似的结构，不同之 处在于半导体封装结构1b具有钝化层40'。钝化层40'可暴露半导体裸片10的表面101 的一部
图5的半导体封装结构1e具有与图3的半导体封装结构1c的结构相似的结构，不同之 处在于部分31的轮廓不同。
45.在一些实施例中，可用斜角切割(bevel cut)的方式切割或移除半导体10的表面101 和表面103的拐角，使得半导体裸片10可具有邻接表面101的锥形部分(tapered portion)。 在一些实施例中，移除钝化层40的一部分，使得半导体裸片10和钝化层40可具有共 面表面。在一些实施例中，半导体裸片10的锥形部分可沿着从表面102朝向表面101的 方向逐渐变窄。在本公开，锥形部分指的是(从横截面视图来看)该部分的宽度或厚度逐 渐改变，例如变小或变大。
46.在一些实施例中，部分31可包含定位于半导体裸片10的锥形部分上的锥形部分。 在一些实施例中，部分31可沿着从表面101朝向表面102的方向逐渐变窄。在一些实 施例中，光吸收层30可在由半导体裸片10的表面101和表面103定义的拐角处具有弯 曲表面(curved surface，或称为弯折表面)。也就是说，光吸收层30的内表面301与表面 101和表面103的拐角相对应地弯曲或弯折。在一些实施例中，光吸收层30的弯曲表面 相对于半导体裸片10凹入。在一些实施例中，部分31的内表面301相对于部分31的 外表面302逐渐变窄。在一些实施例中，部分32可包含与半导体裸片10的未移除部分 相对应的非锥形部分。部分32的内表面301基本上平行于部分32的外表面302。
47.图6示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构1f的实例的横截面视图。 图6的半导体封装结构1f具有与图3的半导体封装结构1c的结构相似的结构，不同之 处在于光吸收层30可具有两个较厚的部分，例如分别邻接表面101和表面102的部分 31和33。
48.在一些实施例中，光吸收层30可具有部分33和部分34。部分33定位在半导体裸 片10的移除部分上。部分33可邻接表面102。部分34定位在半导体裸片10的未移除 部分上。部分33具有厚度t3。部分34具有厚度t4。在一些实施例中，厚度t3大于厚 度t4。在一些实施例中，厚度t4大于厚度t2。在此实施例中，光吸收层30可具有分 别与表面101和表面103的拐角相对应且与表面102和表面103的拐角相对应的较厚部 分。
49.图7示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构1g的实例的横截面视图。 图7的半导体封装结构1g具有与图5的半导体封装结构1e的结构相似的结构，不同之 处在于半导体封装结构1g进一步包含部分33和部分34。
50.在一些实施例中，可用斜角切割的方式移除表面102和表面103的拐角，使得半导 体裸片10可具有邻接表面102的锥形部分。在一些实施例中，半导体裸片10的锥形部 分可沿着从表面101朝向表面102的方向逐渐变窄。
51.在一些实施例中，部分33可包含在半导体裸片10的锥形部分上的锥形部分。在一 些实施例中，部分33可沿着从表面102朝向表面101的方向逐渐变窄。在一些实施例 中，光吸收层30可在半导体裸片10的表面102和表面103的拐角处具有弯曲表面或弯 折表面。也就是说，光吸收层30的内表面301在表面102和表面103的拐角处弯曲或 弯折。在一些实施例中，部分34可包含与半导体裸片10的未移除部分相对应的非锥形 部分。部分34的内表面301基本上平行于部分34的外表面302。
52.图8示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构1h的实例的横截面视图。 图8的半导体封装结构1h具有与图3的半导体封装结构1c的结构相似的结构，不同之 处在于半导体封装结构1h的半导体裸片10的拐角没有被移除。在一些实施例中，部分 32的外表
面302和部分31的外表面302在表面101和表面103的拐角处形成阶梯形轮 廓。
53.图9示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构1i的实例的横截面视图。图 9的半导体封装结构1i具有与图5的半导体封装结构1e的结构相似的结构，不同之处 在于半导体封装结构1i的半导体裸片10的拐角没有被移除。在此实施例中，部分31可 包含表面101和表面102的拐角处的锥形部分。在一些实施例中，部分31可沿着从表 面101朝向表面102的方向逐渐变窄。在一些实施例中，部分31的外表面302相对于 内表面301逐渐变窄。
54.图10示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构1j的实例的横截面视图。 图10的半导体封装结构1j具有与图6的半导体封装结构1f的结构相似的结构，不同之 处在于半导体封装结构1i的半导体裸片10的拐角没有被移除。在一些实施例中，部分 33的外表面302和部分32的外表面302在表面102和表面103的拐角处形成阶梯形轮 廓。
55.图11示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构1k的实例的横截面视图。 图11的半导体封装结构1k具有与图7的半导体封装结构1g的结构相似的结构，不同 之处在于半导体封装结构1k的半导体裸片10的拐角没有被移除。在一些实施例中，部 分33可沿着从表面102朝向表面101的方向逐渐变窄。在一些实施例中，部分33的外 表面302相对于内表面301逐渐变窄。
56.图12示出了根据本公开的一些实施例的半导体封装结构1l的实例的横截面视图。 图12的半导体封装结构1l具有与图1的半导体封装结构1a的结构相似的结构，不同之 处在于半导体封装结构1l包含屏蔽层(shielding layer)60。
57.屏蔽层60可覆盖半导体裸片10的表面102和表面103。光吸收层30可覆盖屏蔽层 60。在一些实施例中，屏蔽层60安置于半导体裸片10与光吸收层30之间。屏蔽层60 的材料可包含金属、金属合金或其它合适的材料。在一些实施例中，光吸收层30的导电 率小于屏蔽层60的导电率。屏蔽层60可被配置成作为电磁屏蔽(electromagneticshielding，emi)层。在此实施例中，屏蔽层60由光吸收层30覆盖。因此，入射光可由 光吸收层30吸收，使得其它元件(未示出)可免受反射光的负面影响。
58.图13a示出了根据本公开的一些实施例的半导体装置4的实例的横截面视图。半导 体装置4可包含半导体封装结构1和附接在衬底3上的至少一个元件2。
59.半导体封装结构1可以是半导体封装结构1a
‑
1l中的一个。元件2可包含光学元件 或非光学元件，其可包含多个ic。衬底3可包含pcb或其它合适的衬底。在一些实施 例中，元件2是光学敏感元件。在此实施例中，入射到半导体封装结构1的光l由光吸 收层30吸收，使得元件2可免受来自光l的反射光的负面影响。
60.图13b示出了根据本公开的一些实施例的比较例半导体装置5的横截面视图。半导 体装置5不包含光吸收层。半导体装置5包含屏蔽层60。如图13b所示，当光l入射 到半导体裸片10时，反射光l'从屏蔽层60反射。结果，元件2可能受到反射光l'的影 响。
61.图14a、图14b、图14c、图14d、图14e、图14f和图14g示出了根据本公开的 一些实施例的制造半导体封装结构1f的方法的各个阶段。
62.参考图14a，提供衬底10'。衬底10'可包含部分10a和部分10b。在对衬底10'进行 单切(singulation)之后，部分10a和部分10b中的每一个可与半导体裸片10相对应。多 个主动层20、钝化层40和/或端子50可安置或形成于部分10a和部分10b中的每一个 上。衬底10'可包含表面101'、表面102'和表面103'。表面101'可以是主动层20安置于 其上的表面。
部”、“竖直”、“水平”、“侧面”、“高于”、“低于”、“上部”、“上方”、“下面”等等的空 间描述是相对于图中所示的定向来指示的。应理解，本文中所使用的空间描述仅出于说 明的目的，并且本文中所描述的结构的实际实施方案可以任何定向或方式在空间上布 置，前提是本公开的实施例的优点是不会因此类布置而有偏差。
75.如本文所使用，使用术语“近似地”、“基本上”、“基本的”和“约”来描述和解释 较小变化。当与事件或情况结合使用时，所述术语可指事件或情况精确发生的例子以及 事件或情况极近似地发生的例子。例如，当结合数值使用时，术语可指小于或等于所述 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％。例如，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％，则可认为所述两个数值“基 本上”相同或相等。
76.如果两个表面之间的位移不大于5μm、不大于2μm、不大于1μm或不大于0.5 μm，则可认为所述两个表面是共面的或基本上共面。
77.如本文所使用，除非上下文另外明确规定，否则单数术语“一(a/an)”和“所述”可 包含多个提及物。
78.如本文所使用，术语“导电(conductive)”、“导电(electrically conductive)”和“电导 率”指的是传递电流的能力。导电材料通常指示对电流流动呈现极少或零对抗的那些材 料。导电性的一个度量是西门子每米(s/m)。通常，导电材料是导电率大于约104s/m(例 如至少105s/m或至少106s/m)的一种材料。材料的导电率有时可以随温度而改变。除 非另外指定，否则材料的导电性是在室温下测量的。
79.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，此范围格式是 为了便利和简洁而使用的，并且应灵活理解为不仅包含明确地指定为范围极限的数值， 而且还包含涵盖于那个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和子 范围一般。
80.虽然已参考本公开的具体实施例描述并说明本公开，但这些描述和说明并非限制性 的。所属领域的技术人员应理解，可在不脱离如由随附权利要求书定义的本公开的真实 精神和范围的情况下，作出各种改变并且取代等效物。图示可能未必按比例绘制。归因 于制造工艺和容许误差，本公开中的工艺再现与实际装置之间可能存在区别。可能存在 并未具体示出的本公开的其它实施例。说明书和附图应视为说明性的而不是限制性的。 可进行修改，以使特定情形、材料、物质组成、方法或工艺适宜于本公开的目标、精神 和范围。所有此类修改都希望在所附权利要求书的范围内。虽然本文中公开的方法已参 考按特定次序执行的特定操作加以描述，但应理解，可在不脱离本公开的教示的情况下 组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。相应地，除非本文中特别指示，否则 操作的次序和分组并非本公开的限制。