[发明专利]传感器芯片堆叠和制造传感器芯片堆叠的方法

说明书

背景技术

具有集成电路的半导体芯片可以被堆叠，并且集成电路的端子可以被电连接。穿透硅通孔(TSV)提供穿透芯片的硅基板的电连接。

US 9,287,140 B2公开了半导体封装。多个半导体芯片被堆叠在另一半导体芯片上并且以倒装芯片的方式接合以形成晶片上芯片的结构。芯片包括半导体基板、集成存储器和逻辑电路以及贯通电极。形成模具层以覆盖芯片并为另一芯片提供刚性。另一芯片的基板从其后表面变薄。

Y.Takahashi等人、“Over Molding Process Development for a Stacked Wafer-level Chip Scale Package with Through Silicon Vias(TSVs)”、日本电子封装研究所的学报5,122-131(2012)描述了一种封装，其中具有微凸块(micro-bump)的顶模直接被附接到薄晶片级芯片级封装的暴露的TSV尖端。评估不同的底部填充性能、模具复合性能和模具技术。

F.Schrank等人、“Manufacturing of 3D-integrated Optoelectronic and Photonic ICs and Systems”、第45届欧洲固态装置研究大会2015描述了包括3D集成概念的传感器集成选项。

发明内容

本发明的目的是公开一种改进的半导体传感器装置，特别是用于大的检测区域，以及制造这种半导体传感器装置的方法。

使用根据权利要求1的传感器芯片堆叠以及根据权利要求10的传感器芯片堆叠的制造方法来实现这些目的。实施例和变型源自从属权利要求。

传感器芯片堆叠允许在四个侧面上彼此相邻布置芯片。例如，可以包括光电二极管或有源像素的检测器部分与被集成在半导体芯片中并且作为芯片堆叠布置在该检测器部分上的控制、读出和模数转换电路分离。

传感器芯片堆叠包括：半导体材料的传感器基板，其包括传感器，特别是多个传感器；芯片，其包括集成电路并被紧固到传感器基板；传感器基板和芯片之间的电互连；芯片的电端子，芯片被布置在电端子和传感器基板之间；以及模制材料，其被布置成与芯片相邻。芯片的电端子没有模制材料。

传感器芯片堆叠的实施例还包括传感器基板的接合焊盘和芯片的接触焊盘，接触焊盘面对接合焊盘。电互连包括焊盘连接件，其可以特别是通孔凸块(via bump)。每个焊盘连接件电连接接合焊盘之一和接触焊盘之一。

在另一实施例中，芯片的接触层被布置在传感器基板和芯片之间。贯通芯片金属化层穿透芯片，与接触层接触并且被电连接到芯片的电端子之一。

在另一实施例中，传感器基板的接触焊盘被布置在传感器基板和芯片之间。电互连包括穿透模制材料的侧壁金属化层。侧壁金属化层与接触焊盘接触并且被电连接到芯片的电端子之一。

在另一实施例中，另一芯片被紧固到传感器基板，另一芯片包括另一集成电路并且包括另一电端子。另一芯片被布置在另一电端子和传感器基板之间。模制材料被布置成与另一芯片相邻，并且另一电端子没有模制材料。

另一实施例包括另一芯片的另一接触焊盘，另一接触焊盘面对接合焊盘。电互连包括另一焊盘连接件，另一焊盘连接件的每个电连接接合焊盘之一和另一接触焊盘之一。

另一实施例包括传感器基板的接触焊盘。电互连包括穿透芯片和另一芯片之间的模制材料并与接触焊盘接触的侧壁金属化层。

另一实施例包括传感器基板和芯片之间的底部填充材料。

制造传感器芯片堆叠的方法包括：设置包括了多个传感器的传感器基板；设置包括了集成电路和接触焊盘的多个芯片；将芯片紧固到传感器基板并且在传感器基板和芯片之间形成电互连；形成芯片的电端子，芯片被布置在电端子和传感器基板之间；并且在不覆盖电端子的情况下，使用模制材料填充芯片之间的空隙。

在该方法的变型中，集成电路挨着传感器基板被布置。

在该方法的另一变型中，集成电路被布置成远离传感器基板。

该方法的另一变型包括：为传感器基板设置接合焊盘；为芯片设置接触焊盘；并且形成焊盘连接件，每个焊盘连接件电连接接合焊盘之一和接触焊盘之一。

该方法的另一变型包括为传感器基板设置接触焊盘并且形成穿透芯片之间的模制材料的侧壁金属化层，每个侧壁金属化层与接触焊盘之一接触。

附图说明

以下是传感器芯片堆叠的示例的更详细的描述以及结合附图制造传感器芯片堆叠的方法。

图1是传感器基板和芯片的横截面。

图2是传感器芯片堆叠的横截面。