CN111566818B - 光学传感器的制造方法及光学传感器 - Google Patents

光学传感器的制造方法及光学传感器 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于制造光学传感器(10)的方法。所述方法包括：提供光学传感器装置(11)，所述装置包括在载体(13)上的至少两个光学传感器元件(12)，其中光学传感器装置(11)包括在光学传感器元件(12)的背离载体(13)的一侧的光入射表面(14)。所述方法还包括：沿垂直于载体(13)的延伸主平面的垂直方向(z)在两个光学传感器元件(12)之间形成沟槽(15)，其中，所述沟槽(15)从传感器装置(11)的光入射表面(14)至少延伸到载体(13)。此外，所述方法包括：使用不透明材料(16)涂覆所述沟槽(15)；在载体(13)的背离光学传感器元件(12)的背侧(18)上形成用于至少两个光学传感器元件(12)的电接触(17)；以及沿着沟槽(15)切割光学传感器装置(11)形成至少一个光学传感器(10)。每个光学传感器(10)包括光学传感器元件(12)，光入射表面(14)没有电接触(17)，并且在光学传感器元件(12)上方至少部分地没有不透明材料(16)。此外，提供了一种光学传感器(10)。

Description

光学传感器的制造方法及光学传感器
技术领域
本申请涉及一种用于制造光学传感器的方法和光学传感器。
背景技术
光学传感器广泛应用于许多不同领域，例如数码相机、手机、安全相机、医疗设备、照明应用、可穿戴设备、屏幕管理、汽车和其他应用。对于许多光学传感器，要求光只能够从传感器的一侧进入光学传感器。例如，期望将光学传感器安装在靠近或集成到移动设备的显示器中，并且仅检测来自移动设备外部的光，而不检测来自显示器照明或其他内部源的光。因此，光学传感器需要不透明的涂层。一种可能的解决方案是在单个芯片水平上用厚涂层作为侧壁涂覆光学传感器。然而，在这种情况下，生产工艺复杂，并且光学传感器设备的尺寸和重量将增加。
也可以在晶圆级上涂覆光学传感器。晶圆级封装能够比单晶片封装更便宜、更小。然而，晶圆级工艺效率低下且复杂。例如，有一些晶圆级工艺需要对晶圆背面进行研磨，而这在任何情况下是不可行的。此外，在某些情况下，还需要阻止光从底侧进入光学传感器。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于制造光学传感器的方法，该方法能够廉价并且有效地生产光学传感器。进一步目的是提供一种能够以廉价和有效的方式生产的光学传感器。
根据用于制造光学传感器的方法的至少一个实施例，所述方法包括提供光学传感器装置的步骤，该光学传感器装置包括，在载体上的至少两个光学传感器元件，其中，该光学传感器装置包括在光学传感器元件背离载体的一侧上的光入射表面。光学传感器元件能够是，例如电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体器件、光电二极管、紫外线传感器或热电传感器。术语“光学”是指可见光、紫外光和红外光的范围。一个光学传感器装置也可以包括多个光学传感器元件。
光学传感器元件能够在载体上生长或制造，并且它们在载体上彼此相邻地布置。例如，在载体上能够生长一个或更多个半导体层，并且光学传感器元件在半导体层上或半导体层内生长。半导体层能够包括互补金属氧化物半导体(CMOS)结构。优选的是，半导体层的掺杂浓度非常高。半导体层的掺杂浓度也可以是中度或低度。例如，半导体层能够包括硅。
每个光学传感器元件能够包括至少一个电接触，使得光学传感器能够被接触，并且使它们彼此电气隔离。载体能够是晶圆，例如，并且能够包括具有高掺杂浓度的硅。
光入射表面能够平行于载体的延伸主平面。光入射表面能够在载体的整个横向延伸范围上延伸。横向方向平行于载体延伸的主平面。进一步可以的是，光入射表面的横向范围小于光学传感器元件的横向范围。穿过光入射表面进入光学传感器装置的光能够被光学传感器元件检测。光入射表面能够是光学传感器装置最上面的表面。能够在光入射表面与光学传感器元件之间布置不同的材料或层，这些材料或层对于来自指定波长范围的光是透明的。进一步可以的是，光入射表面或光入射表面与光学传感器元件之间的层在某些地方是不透明的，使得进入光学传感器装置的光只有一部分到达光学传感器元件，例如来形成孔口。
用于制造光学传感器的方法还包括，在两个光学传感器元件之间沿垂直方向上形成沟槽的步骤，该垂直方向垂直于载体的延伸主平面，该沟槽从光学传感器装置的光入射表面至少延伸到载体。沟槽通过切割形成，例如，切割能够是机械切割步骤、等离子切割或激光切割。还可以的是，沟槽通过锯切工艺形成。沟槽能够通过将光学传感器装置从光入射表面的侧表面至少朝向载体的切割来形成。这意味着在光入射表面与载体之间所有的层和材料都被切割或切块以便形成沟槽。沟槽至少延伸到载体意味着载体不需要被切割以形成沟槽。这意味着，至少在光入射表面与载体之间所有的层和材料被切割以形成沟槽。然而，沟槽也可以延伸穿过载体或载体的一部分。在这种情况下，载体或载体的一部分被切割或切块以形成沟槽。
切割之后，沟槽的厚度由沟槽的直径或横向范围确定。优选地是，沟槽的厚度沿沟槽大致恒定。沟槽包括内壁，该内壁大致垂直于载体的延伸主平面。如果几个光学传感器元件彼此相邻布置在载体上，则能够在所有光学传感器元件之间形成沟槽。
用于制造光学传感器的方法还包括用不透明材料涂覆沟槽的步骤。这意味着，沟槽被不透明材料填充。例如，能够通过晶圆级模制、传递模制或其他模制技术将不透明材料填充到沟槽。沟槽可以被不透明材料全部填充。还可以的是只有沟槽的内壁和底表面被不透明材料覆盖。
不透明材料对光和电磁辐射是不透明的，光和电磁辐射将被光学传感器检测到。这意味着，不透明材料吸收了撞击不透明材料的光。例如，对于期望的波长范围，不透明材料的吸收系数能够很高，这意味着接近100％。此外，对于可见范围光或红外范围的光，不透明材料能够包括非常低的透射率。例如，不透明材料能够包括氧化物、硅树脂或碳颗粒。
制造光学传感器的方法还包括，在载体的背离光学传感器元件的背侧形成至少两个光学传感器元件的电接触的步骤。这意味着，每一个光学传感器元件与载体的背侧的至少一个电接触进行电连接。优选地是，每个光学传感器元件与两个电接触进行电连接。例如，光学传感器元件和电接触之间的电连接能够通过穿过硅穿孔形成，该硅穿孔从光学传感器元件延伸到电接触穿过载体。例如，电接触能够包括焊料凸块。
通过在载体的背侧形成电接点，通过该方法制造的光学传感器是可表面安装的。此外，可以应用模制层或不同的材料，所述层或材料全部地或至少局部地覆盖光学传感器元件的背离载体的一侧。
不透明材料也可以应用在载体的背侧。如果载体是透明的，该载体也能够从背侧使用不透明材料涂覆，以防止不想要的光到达光学传感器元件。
用于制造光学传感器的方法进一步包括通过沿着沟槽切割光学传感器装置来形成至少一个光学传感器的步骤，其中，每个光学传感器包括光学传感器元件，光入射表面没有电接触，并且至少部分地在光学传感器元件上方没有不透明材料。光学传感器装置能够从载体的背侧朝向光入射表面切割。光学传感器也可以通过锯切工艺形成。如果沟槽没有延伸穿过载体，则载体沿着延伸穿过沟槽的垂直线被切割。如果沟槽仅延伸穿过载体的一部分，则载体沿着沟槽和延伸穿过沟槽的垂直线被切割。这意味着，光学传感器通过沿着沟槽分割光学传感器装置而形成。这样，在光学传感器之间形成切割沟槽。在分割之后，光学传感器能够例如布置在操作基板上。
光学传感器装置沿沟槽切割，使得不透明材料的至少一部分保留在沟槽的内壁上。这意味着，在横向方向上切割沟槽的宽度小于在横向方向上被不透明材料填充的沟槽的宽度。横向方向平行于载体的延伸主平面。这样，每个光学传感器包括在光学传感器的侧表面处由不透明材料形成的不透明涂层。不透明材料防止不想要的光到达光学传感器元件。
每个光学传感器的不透明涂层，至少在侧表面垂直于载体的延伸主平面的地方覆盖光学传感器的侧表面。如果沟槽没有延伸穿过载体，则不透明涂层不会覆盖整个侧表面，而是仅覆盖侧表面的一部分。当不透明涂层到达光入射表面时，光入射表面能够在光学传感器元件上方没有不透明材料。这意味着，光入射表面能够在光学传感器元件上方的垂直方向上没有不透明材料。在不透明涂层的区域中，光入射表面没有不透明材料。不透明涂层能够在光入射表面的延伸主平面中横向围绕光入射表面。
在光学传感器元件上方的光入射表面至少部分地没有不透明材料意味着，不透明材料可以至少局部覆盖光入射表面。例如，不透明材料能够在光学传感器元件上方形成孔口。因此，光入射表面至少在某些地方没有不透明材料。
由于光学传感器元件的电接触布置在载体的背侧，所以光入射表面没有电接触。因此，光进入光学传感器的光路没有任何不想要的材料，例如电接触或不透明材料。
由于光学传感器元件设置在载体上，该载体能够是晶圆，所以多个光学传感器能够同时被制造。优选地是，多个光学传感器元件设置在载体上。由于几千个光学传感器能够在晶圆级上同时被处理，所以光学传感器能够被非常有效地制造并且降低成本。此外，通过在光学传感器元件之间形成沟槽，将光学传感器的涂层和光学传感器装置的单个化结合起来更为有效。
与需要单晶片操作的解决方案相比，光学传感器在晶圆级制造，降低了成本。
根据用于制造光学传感器的方法的至少一个实施例，在形成沟槽期间以及在用不透明材料涂覆沟槽期间，将操作基板布置在载体的背侧。在操作基板与载体之间能够布置胶层。胶层能够是临时粘合，该胶层能够在用不透明材料涂覆沟槽之后被移除。载体还可以布置在连接到操作框架的条带上。同样，在用不透明材料涂覆沟槽之后，可以移除条带和操作框架。
当光学传感器装置被单个化时，它也能够被布置在操作基板上。如果几个光学传感器彼此相邻地布置在操作基板上，则能够使用操作基板来操作并且移动光学传感器。此外，在沟槽形成期间、在用不透明材料涂覆沟槽期间以及在分割期间，操作基板提高了光学传感器装置的稳定性。另外，通过使用操作基板，在处理之前、期间和之后，改善了光学传感器装置的操作。
对于不同的处理步骤，可以采用不同的操作基板。例如，根据处理的温度或硬度的要求选择不同的操作基板。
根据用于制造光学传感器的方法的至少一个实施例，操作基板是条带，该条带在制造期间沿横向方向扩展，其中横向方向平行于载体的延伸主平面。扩展操作基板意味着，在扩展期间增加了操作基板的横向范围。因此，操作基板能够包括固定到操作框架的条带。光学传感器装置布置在条带上。例如，该条带能够是聚合物箔，其能够在横向上扩展或拉伸。
操作基板能够在沟槽形成之后扩展。在沟槽形成之后，沟槽在横向方向上具有厚度。当操作基板扩展时，沟槽在横向方向上的厚度增加。如果光学传感器装置包括多个沟槽，则通过扩展操作基板大多数或所有沟槽的厚度是增加的。
通过增加沟槽的厚度，也增加了填充在沟槽中不透明材料的厚度。这样，能够调整或选择在光学传感器侧表面布置的不透明涂层的厚度。通过调整沟槽的厚度和在沟槽内不透明材料的厚度，还能够调整在分割光学传感器之后保留在光学传感器的侧表面上的不透明涂层的厚度。为了调整不透明涂层的吸收系数，可能需要调整不透明涂层的厚度。例如，通过增加不透明涂层的厚度能够增加吸收系数。
有利地是，通过扩展操作基板以增加沟槽的厚度，所需的载体和半导体层的材料数量与不扩展操作基板的材料数量相同。如果在未扩展的操作基板上增加沟槽的厚度，则在沟槽形成期间将移除更多的载体和半导体层的材料。因此，采用能够扩展的操作基板节省了载体和半导体层的材料。此外，通过采用能够扩展的操作基板，能够以简单地方式增加多个沟槽的厚度，而无需移动光学传感器装置的单个部分来增加沟槽厚度。
根据用于制造光学传感器的方法的至少一个实施例，通过模制工艺涂覆沟槽。例如，沟槽能够在传递模制步骤中通过晶圆级模制或通过其他模制技术填充模制材料。也可以仅沟槽的内壁涂覆有形成不透明涂层的不透明材料。
根据用于制造光学传感器的方法的至少一个实施例，沟槽全部填充有不透明材料。这意味着，整个沟槽的体积都填充有不透明材料。此外，内壁全部被不透明材料覆盖。
根据用于制造光学传感器的方法的至少一个实施例，光学传感器是在沟槽被涂覆有不透明材料之后切割形成的。这意味着，首先形成沟槽，然后涂覆不透明材料。在用不透明材料涂覆沟槽之后，光学传感器装置沿沟槽被切割。如果沟槽没有延伸穿过载体，则光学传感器装置进一步沿延伸穿过沟槽的垂直线被切割。这意味着，光学传感器装置从载体的背侧朝向光入射表面被全部切割。这样，形成了包括至少一个光学传感器元件的光学传感器。
如果光学传感器是在沟槽涂覆不透明材料后形成的，则在光学传感器的侧表面的不透明涂层显示出切割过程的痕迹。这意味着，由于切割过程不透明涂层的表面能够是例如粗糙的或结构化的。
根据用于制造光学传感器的方法的至少一个实施例，在载体中形成至少一个导电穿孔。例如，导电穿孔能够是硅穿孔。导电穿孔能够从载体的背侧朝向光学传感器元件延伸穿过载体。导电穿孔能够将光学传感器元件与载体的背侧的电接触电连接。
根据用于制造光学传感器的方法的至少一个实施例，通过切割形成光学传感器之后，不透明材料在横向方向上的厚度小于光学传感器在横向方向上的厚度的20％，该横向方向平行于载体的延伸主平面。在光学传感器的侧表面上的不透明材料形成了在横向方向具有厚度的不透明涂层。因此，不透明涂层横向方向的厚度小于光学传感器横向方向厚度的20％。优选地是，不透明材料在横向方向上的厚度小于光学传感器在横向方向上的厚度的10％。
通过采用前述的方法，在光学传感器的侧表面形成非常薄的不透明涂层。有利的是，使用非常薄的不透明涂层，通过添加不透明涂层的光学传感器的总封装没有显著增加。
根据用于制造光学传感器的方法的至少一个实施例，载体包括不透明材料。这意味着载体具有高吸收系数。因此，撞击载体的大部分光或电磁辐射被载体吸收。有利的是，对于包括不透明材料的载体，在载体的背侧不需要不透明涂层，来防止不想要的光到达光学传感器元件。此外，沟槽不必一定延伸穿过载体。因为载体包括不透明材料，所以在载体的区域中不需要不透明涂层。这意味着，光学传感器可以包括不透明涂层，该涂层覆盖除载体的侧表面之外的所有区域中的光学传感器的侧表面。这样，形成光学传感器的不透明涂层需要较少的不透明材料。
根据用于制造光学传感器的方法的至少一个实施例，在光学传感器元件的背离载体的一侧设置至少一个覆盖元件。覆盖元件能够在载体的整个横向范围上延伸。覆盖元件能够包括一个或更多个结构化或非结构化层，所述结构化或非结构化层应用于具有光学传感器元件的半导体层。覆盖元件可以包括几个结构。在形成沟槽之前，将覆盖元件应用到光学传感器装置。例如，覆盖元件的层或结构能够包括光学元件、建立孔口、限定开口角或建立定义距离。例如，覆盖元件能够包括透明材料作为隔离物、扩散器或扩散器层。例如，覆盖元件能够由晶圆级模制形成。在这种情况下，覆盖元件能够包括硅或环氧材料。
根据用于制造光学传感器的方法的至少一个实施例，沟槽沿垂直方向上的延伸小于光学传感器装置沿垂直方向上的总延伸。这意味着，沟槽不会延伸穿过整个载体。沟槽只可以沿垂直方向延伸穿过载体的一部分。沟槽也可以不延伸穿过载体。优选地是，在这种情况下，载体包括不透明材料。
如果沟槽没有延伸穿过载体或者仅延伸穿过载体的一部分，则光学传感器的不透明涂层不会覆盖光学传感器的整个侧表面。这样，形成光学传感器的不透明涂层需要较少的不透明材料。由于在大多数情况下，载体在垂直方向上具有比光学传感器装置的其他部分更大的厚度，因此能够节省大量的不透明材料。此外，如果沟槽没有延伸穿过载体或者仅延伸穿过载体的一部分，则载体在形成沟槽之后稳定了光学传感器装置。
由于光学传感器的侧表面没有全部被不透明涂层覆盖，侧表面显示出切割过程的不同痕迹。例如，不透明涂层和载体上没有涂覆不透明涂层的部分显示出切割过程的不同痕迹。
根据用于制造光学传感器的方法的至少一个实施例，沟槽沿垂直方向上延伸穿过整个载体。这意味着，沟槽从光入射表面朝向载体的背侧延伸。在沟槽形成期间和切割期间，光学传感器装置步骤在操作基板上。在这种情况下，载体可以不包括不透明材料。这意味着，能够选择不考虑吸收特性材料的载体。
另外，提供了一种光学传感器。光学传感器优选地能够通过本文所述的方法之一来制造。这意味着针对制造光学传感器的方法公开的所有特征也针对光学传感器公开，反之亦然。
在光学传感器的一个实施例中，光学传感器包括载体上的光学传感器元件。例如，光学传感器元件能够是电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体器件、光电二极管、紫外线传感器或热电传感器。光学传感器元件能够在载体上生长或制造。例如，能够在载体上生长一个或更多个半导体层，并且能够在半导体层上或半导体层内生长光学传感器元件。例如，半导体层能够包括硅。光学传感器元件能够包括至少一个电接触，使得光学传感器元件能够被接触。载体能够是晶圆，并且它能够包括例如具有高掺杂浓度的硅。
光学传感器还包括覆盖元件，该覆盖元件布置在光学传感器元件的背离载体的一侧。覆盖元件能够包括一个或更多个结构层或非结构层，该结构层或非结构层应用于具有光学传感器元件的半导体层。覆盖元件也可以包括几个结构。例如，覆盖元件的层或结构能够包括光学元件、建立孔口、限制开口角或建立定义距离。例如，覆盖元件能够包括透明材料作为隔离物、扩散器或扩散器层。覆盖元件例如能够通过晶圆级模制形成。在这种情况下，覆盖元件能够包括硅或环氧材料。
光学传感器还包括在覆盖元件的背离光学传感器元件的一侧的光入射表面。光入射表面能够平行于载体的延伸主平面。光入射表面在覆盖元件的整个横向范围上延伸。穿过光入射表面进入光学传感器的光能够被光学传感器元件检测到。光入射表面能够是光学传感器的最上面的表面。
光学传感器还包括在载体的背离光学传感器元件的背侧的至少一个电接触。光学传感器元件与载体的背侧上至少一个电接触电连接。例如，光学传感器元件与电接触之间的电连接能够由硅穿孔形成，该硅穿孔从光学传感器元件延伸到电接触穿过载体。例如，电接触能够包括焊料凸块。通过在载体的背侧形成电接触，光学传感器是可表面安装的。
光学传感器还包括不透明材料，该不透明材料在光学传感器的垂直于光入射表面的侧表面上形成涂层，其中该涂层至少在某些地方显示出切割过程的痕迹。不透明材料对于将被光学传感器检测到的光和电磁辐射是不透明的。这意味着，不透明材料吸收撞击不透明材料的光，并且防止不想要的光到达光学传感器元件。此外，不透明材料对于可见光范围或红外光范围的光可以具有非常低的透射率。例如，不透明材料能够包括氧化物或硅树脂。
不透明涂层至少在垂直于载体的延伸主平面的某些地方覆盖光学传感器的侧表面。不透明涂层可以覆盖除载体外的光学传感器的所有地方的侧表面。如果载体包括不透明材料，载体不必覆盖不透明涂层。不透明涂层显示出切割过程的痕迹意味着，由于切割过程不透明涂层的表面例如能够是粗糙的或结构化的。
当不透明涂层到达光入射表面时，光入射表面能够在光学传感器元件上方没有不透明材料。这意味着，光入射表面能够在光学传感器元件上方的垂直方向上没有不透明材料。在不透明涂层的区域中，光入射表面没有不透明材料。不透明涂层能够在光入射表面的延伸主平面中横向围绕光入射表面。
还可以的是，光入射表面在光学传感器元件上方至少部分没有不透明材料，这意味着，不透明材料能够至少在某些地方覆盖光入射表面。例如，不透明材料能够在光学传感器元件上方形成孔口。因此，光入射表面至少在某些地方没有不透明材料。
在光学传感器的侧表面的不透明涂层能够非常薄。有利地是，使用非常薄的不透明涂层，通过添加不透明涂层不会显著增加光学传感器的总封装。
在光学传感器的一个实施例中，涂层具有可设定的厚度。这意味着，在光学传感器的制造期间，能够设定或选择不透明涂层的厚度。设定期望的不透明涂层的厚度能够用于调整不透明涂层的吸收。例如，通过增加不透明涂层的厚度能够增加吸收系数。
例如，涂层的可设定厚度能够通过在光学传感器的制造期间采用操作基板来完成，其中，在用于制造光学传感器的方法中的一个实施例中，能够如上所述扩展操作基板。
在光学传感器的一个实施例中，涂层在横向方向上的厚度小于光学传感器在平行于载体的延伸主平面的横向方向上的厚度的20％。优选地是，涂层在横向方向上的厚度小于光学传感器在横向方向上的厚度的10％。因此，添加不透明涂层不会显著增加光学传感器的封装。
附图说明
以下附图的描述可以进一步说明和解释示例性实施例。功能相同或具有相同效果的部件由相同的参考标记表示。相同或具有相同效果的部件仅根据它们首先出现的附图来描述。它们的描述不必在连续的图中重复。
参照图1A至图1F，描述了用于制造光学传感器的方法的示例性实施例。
图2示出了光学传感器的示例性实施例的截面图。
图3A至图3F描述了用于制造光学传感器的方法的另一示例性实施例。
图4示出了光学传感器的另外的实施例的截面图。
图5A至图5H描述了用于制造光学传感器的方法的另外的示例性实施例。
图6示出了光学传感器的另外的实施例的截面图。
图7描述了用于制造光学传感器的制造步骤。
图8示出了光学传感器的另外的实施例的截面图。
图9A至图9I描述了用于制造光学传感器的方法的另外的实施例。
图10示出了光学传感器的另外的实施例的截面图。
图11A和图11B示出了具有光学传感器装置示例性操作基板的截面图。
具体实施方式
图1A至图1F是描述了用于制造光学传感器10的方法的示例性实施例。在图1A中，示出了载体13的截面图。载体13是晶圆，例如，它能够包括具有高掺杂浓度的硅。载体13对于要被光学传感器10检测的电磁辐射是不透明的。半导体层23布置在载体13上，并且具有与载体13相同的横向范围。半导体层23能够包括几个层或结构，例如，能够是互补金属氧化物半导体(CMOS)结构。在半导体层23内布置两个光学传感器元件12。例如，光学传感器元件12能够是电荷耦合器件、互补金属氧化物半导体器件、光电二极管、紫外线传感器或热电传感器。四个导电穿孔20沿垂直于载体13的延伸主平面的垂直方向z延伸穿过载体13。经由半导体层23，四个导电穿孔20与两个光学传感器元件12电连接。每个光学传感器元件12与两个导电穿孔20电连接。
在图1B中，示出了在所述方法的下一步骤中，在光学传感器元件12和半导体层23上形成包括两个模制层24的覆盖元件21。覆盖元件21在载体13的整个横向范围上延伸。覆盖元件21能够包括几个模制层24或结构化或非结构化层，以便改善光学传感器元件12的光学感测。例如，覆盖元件21的层能够包括光学元件、建立孔口、限定开口角或建立定义距离。例如，覆盖元件21能够包括透明材料作为隔离物、扩散器或扩散器层。覆盖元件21通过模制工艺例如晶圆级模制来形成，并且该覆盖元件能够包括硅或环氧材料。
载体13、光学传感器元件12、半导体层23和覆盖元件21形成光学传感器装置11。光学传感器装置11也可以包括多个光学传感器元件12。
在覆盖元件21的背离光学传感器元件12的一侧形成光入射表面14。光学传感器元件12能够检测通过光入射表面14进入光学传感器装置11的电磁辐射。
如图1C所示，在所述方法的下一个步骤中，载体13被固定到操作基板19上。操作基板19便于在处理期间操作载体13。例如，操作基板19能够通过未示出的胶层28与载体13连接。此外，沿垂直方向z上形成三个沟槽15。沟槽15紧邻光学传感器元件12布置，使得在每个光学传感器元件12上的每一侧布置了沟槽15。沟槽15沿平行于载体13的延伸主平面的横向方向x上紧邻光学传感器元件12布置。沟槽15从光入射表面14延伸到载体13。沟槽15仅延伸穿过载体13的一部分。这意味着，沟槽15沿垂直方向z上的延伸小于光学传感器装置11沿垂直方向z上的全部延伸。沟槽15通过将光学传感器装置11的所有层和材料从光入射表面14向载体13的切割而形成的。例如，切割过程能够是机械切割步骤、等离子切割或激光切割。沟槽15也可以通过锯切工艺形成。
在图1D中，示出了在所述方法的下一步骤中，沟槽15涂覆有不透明材料16。通过模制工艺用不透明材料16填充沟槽15。因此，模具25布置在光入射表面14上。沟槽15全部被不透明材料16填充。例如，模制工艺能够是传递模制或晶圆级模制。
如图1E所示，所述方法的下一步骤是再次移除模具25。此外，在载体13的背离光学传感器元件12的背侧18处形成电接触17。电接触17包括焊料凸块。在电接触17处的光学传感器元件12能够电接触。因此，光学传感器装置11是可表面安装的。
如图1F所示，所述方法的下一个步骤是操作基板19布置在光入射表面14处。也可以使用不同于图1C所示的操作基板19的操作基板19。此外，光学传感器装置11沿着沟槽15被切割，并且沿着延伸穿过沟槽15的垂直线穿过载体13。这样，通过分割光学传感器装置11形成两个光学传感器10。每个光学传感器10的光入射表面14没有电接触17，并且在光学传感器元件12上方没有不透明材料16。
因为光学传感器元件12设置在能够是晶圆的载体13上，所以能够同时制造多个光学传感器10。优选地是，多个光学传感器元件12设置在载体13上。因为几千个光学传感器10能够在晶圆级上同时处理，所以光学传感器10能够非常有效地制造并且降低制造成本。此外，通过在光学传感器元件12之间形成沟槽15，将更有效的结合光学传感器10的涂层和的光学传感器装置11的单个化。
与需要单晶片操作的解决方案相比，光学传感器10在晶圆级上制造，从而降低了成本。
在图2中示出了光学传感器10的一个实施例的截面图，该光学传感器通过图1A至图1F描述的方法制造。光学传感器10包括载体13。在载体13上布置有半导体层23，所述半导体层内布置有光学传感器元件12。在光学传感器元件12和半导体层23上布置包括两个模制层24的覆盖元件21。光入射表面14布置在覆盖元件21的背离光学传感器元件12的一侧。两个导电穿孔20从半导体层23朝向载体13的背离光学传感器元件12的背侧18延伸穿过载体13。在背侧18处布置了两个电接触17。每个电接触17包括一个凸起。光学传感器元件12经由导电穿孔20与电接触17电连接。
光学传感器10还包括垂直于载体13的延伸主平面的侧表面29。这意味着，侧表面29包括光学传感器10的除背侧18和光入射表面14之外的所有外表面。光学传感器10还包括不透明材料16，该不透明材料在侧表面29上形成涂层22。侧表面29没有全部被涂层22覆盖。侧表面29仅在形成沟槽15的区域被涂层22覆盖。这意味着，涂层22从光入射表面14延伸到载体13。载体13的侧表面的一部分没有涂层22。侧表面29和涂层22显示出切割过程的痕迹，这意味着由于切割过程，侧表面29和涂层22能够是粗糙的或结构化的。涂层22和未被涂层22覆盖的载体13的侧表面能够显示出切割过程的不同痕迹，这意味着它们能够具有不同的结构。
当涂层22到达光入射表面14时，光入射表面14在垂直方向z上仅在光学传感器元件12上方没有不透明材料16。在涂层22的区域中，光入射表面14没有不透明材料16。涂层22在光入射表面14的延伸主平面中横向围绕光入射表面14。
由于载体13包括不透明材料16，并且涂层22布置在光学传感器10的侧表面29，电磁辐射只能够穿过光入射表面14进入光学传感器10。这意味着，在侧表面29或背侧18撞击光学传感器10的所有或大部分电磁辐射被吸收，并且不能到达光学传感器元件12。到达光学传感器元件12的电磁辐射由实线箭头表示，并且被涂层22或载体13吸收的电磁辐射由虚线箭头表示。因此，涂层22和不透明载体13防止不想要的光到达光学传感器元件12。
光学传感器10的侧表面29处的不透明涂层22能够非常薄。有利地是，对于非常薄的涂层22，通过添加涂层22，光学传感器10的总封装没有显著增加。
图3A至图3F描述了用于制造光学传感器10另外的实施例的方法。在图3A和图3B中，示出了与图1A和图1B相同的步骤。
在图3C中示出了操作晶圆29布置在载体13的背侧18。由切割形成的三个沟槽15从光入射表面14穿过整个载体13朝向操作基板19延伸。光学传感器装置11的切割部分由操作基板19固定在一起。
在图3D中示出了在所述方法的下一个步骤中，通过模制工艺利用不透明材料16涂覆沟槽15。因此，模具25布置在光入射表面14处。沟槽15全部被不透明材料16填充。
如图3E所示的下一个步骤中，在背侧18处形成电接触17。
在图3F中示出了光学传感器10是通过沿着沟槽15切割光学传感器装置11而形成。沟槽15以这样的方式被切割，使得沟槽15的内壁在切割之后全部被不透明材料16覆盖。这样，在光学传感器10的侧表面29处形成不透明涂层22，其中涂层22从光入射表面14延伸到背侧18。由于载体13的侧表面全部被涂层22覆盖，所以选择载体13的材料能够不考虑其吸收特性。在这种情况下，载体13可以不包括不透明材料16。
在图4中示出了通过图3A至图3F所示的方法制造的光学传感器10的实施例的截面图。与图2所示实施例的唯一区别在于，光学传感器10的侧表面29处的涂层22从光入射表面14延伸到背侧18。这意味着，侧表面29全部涂有不透明涂层22。因此，载体13不必包括不透明材料16。
图5A至图5H描述了用于制造光学传感器10的另外的实施例的方法。在图5A中示出了与图1A相同的步骤。
在图5B中示出了操作基板19布置在载体13的背侧18。邻近光学传感器元件12形成三个沟槽15。沟槽15从半导体层23延伸到载体13的背侧18。沟槽15通过切割工艺形成。载体13的切割部分由操作基板19稳定。
如图5C所示，在所述方法的下一步骤中，沟槽15涂覆有不透明材料16。模具25布置在半导体层23的背离载体13的一侧，并且沟槽15通过模制工艺全部填充有不透明材料16。填充有不透明材料16的沟槽15的载体13的横向范围与沟槽15形成之前的载体13的横向范围相同。因此，对于该方法，能够使用与载体13未被全部切割形成沟槽15的方法相同的处理设备。
如图5D所示，在所述方法的下一步骤中，移除操作基板19和模具25。此外，包括两个模具层24的覆盖元件21布置在半导体层23的背离载体13的一侧。
在图5E中示出了在延伸穿过载体13的三个沟槽15上方的覆盖元件21中形成三个沟槽15。形成在覆盖元件21中的沟槽15的横向范围略小于延伸穿过载体13的沟槽15的横向范围。覆盖元件21中的沟槽15和延伸穿过载体13的沟槽15也可以具有相同的横向范围。形成在覆盖元件21中的沟槽15从光学传感器装置11的光入射表面14延伸到载体13。光学传感器装置11由布置在背侧18上的操作基板19稳定。
如图5F所示，在所述方法的下一步骤中，在覆盖元件21中形成的沟槽15涂覆有不透明材料16。模具25布置在光入射表面14处，并且沟槽15通过模制工艺全部填充有不透明材料16。
在图5G中，示出了从光学传感器装置11移除模具25和操作基板19。电接触17形成在背侧18。电接触17经由导电穿孔20与光学传感器元件12电连接。
如图5H所示，在所述方法的下一步骤中，通过沿着沟槽15切割光学传感器装置11来形成两个光学传感器10，所述沟槽从光入射表面14延伸到背侧18。在切割过程期间，操作基板19布置在光入射表面14上。光学传感器10以这样的方式被分割，使得光学传感器10的侧表面29全部被不透明材料16覆盖。
在图6中示出了通过图5A至图5H所示的方法制造的光学传感器10的实施例的截面图。侧表面29全部被涂层22覆盖。在半导体层23和载体13的区域中涂层22的厚度大于在覆盖元件21的区域中的厚度。涂层22厚度的差异是由覆盖元件21和载体13中沟槽15的不同厚度引起的。优选地是，覆盖元件21和载体13的区域中的涂层22的厚度大致相同。
图7描述了用于制造光学传感器10的制造步骤。在该方法的实施例中，在沟槽15被不透明材料16填充之前，形成包括焊料凸块的电接触17。操作基板19布置在背侧18和电接触17处。沟槽15和背侧18通过模制工艺被不透明材料16覆盖。因此，模具25布置在光入射表面14处。电接触17的焊料凸块被不透明材料16部分地覆盖。这样，背侧18全部被不透明材料16覆盖。在制造期间，该过程适用于布置在背侧18的焊料凸块。例如，需要能够容纳焊料凸块的操作基板19。
通过利用不透明材料16涂覆背侧18，防止不想要的光从背侧18到达光学传感器元件12。如果载体13对于由光学传感器12检测的电磁辐射是透明的，则涂覆背侧18是有利的。
在图8中示出了通过图7所示的方法制造的光学传感器10的实施例的截面图。侧表面29和背侧18被不透明材料16覆盖。这意味着，涂层22全部覆盖侧表面29和背侧18。
图9A至图9I描述了用于制造光学传感器10的方法的另外的示例性实施例。在图9A和图9B中，示出了与图5A和图5B中相同的步骤。
在图9C中示出了操作基板19在沟槽15形成之后沿横向方向x扩展。扩展操作基板19意味着在扩展期间操作基板19的横向范围增加。因此，操作基板19能够包括固定到操作框架26上的条带27。光学传感器装置11布置在条带27上。例如，条带27能够是聚合物箔，其能够沿横向方向x扩展或拉伸。当操作基板19扩展时，沟槽15的横向范围增加。
如图9D所示，在所述方法的下一步骤中，通过模制工艺用不透明材料16填充沟槽15。
在图9E中示出了覆盖元件21布置在半导体层23的背离载体13的一侧。
如图9F所示，在所述方法的下一步骤中，在延伸穿过载体13的三个沟槽15上方的覆盖元件21中形成三个沟槽15。形成在覆盖元件21中的沟槽15的横向范围略小于延伸穿过载体13的沟槽15的横向范围。
在图9G中示出了通过模制工艺用不透明材料16填充延伸穿过覆盖元件21的沟槽15。
在图9H中示出了从光学传感器装置11移除模具25和操作基板19。包括焊料凸块的电接触17在背侧18形成。
如图9I所示，在所述方法的下一步骤中，通过穿过沟槽15切割光学传感器装置11来形成光学传感器10。光学传感器装置11从背侧18切割到光入射表面14。
在图10中示出了通过图9A至图9I所示的方法制造的光学传感器10的实施例的截面图。侧表面29全部被涂层22覆盖。此外，滤光层30直接布置在光学传感器元件12上。这意味着，覆盖元件21的光学元件或结构也能够直接布置在光学传感器元件12的顶部。
在制造期间通过增加沟槽15的厚度，也增加了要填充在沟槽15中的不透明材料16的厚度。这样，不透明涂层22的厚度能够调整或设定。通过调整沟槽15和沟槽15内的不透明材料16的厚度，还能够调整保留在光学传感器10的侧表面29处的不透明涂层22的厚度。为了调整不透明涂层22的吸收系数，能够需要调整不透明涂层22的厚度。例如，通过增加不透明涂层22的厚度，可以增加吸收系数。
有利地是，通过扩展操作基板19以增加沟槽15的厚度，需要的载体13和半导体层23的材料量与不扩展操作基板19的材料量相同。
在图11A中示出了具有光学传感器装置11的操作基板19的实施例的截面图。操作基板19包括条带27和操作框架26，光学传感器装置11布置在该条带27上。操作框架26围绕光学传感器装置11布置，并且它保持和固定条带27。
在图11B中示出了具有光学传感器装置11的操作基板19的另外的实施例的截面图。光学传感器装置11通过能够移除的胶层28固定到操作基板19上。如图11B所示，由于在处理期间再次移除了胶层28，沟槽15延伸穿过胶层28的一部分。
附图标记
10：光学传感器
11：光学传感器装置
12：光学传感器元件
13：载体
14：光入射表面
15：沟槽
16：不透明材料
17：电接触
18：背侧
19：操作基板
20：通孔
21：覆盖元件
22：涂层
23：半导体层
24：模制层
25：模具
26：操作框架
27：条带
28：胶层
29：侧表面
30：滤光层
x：横向方向
z：垂直方向

Claims (14)

1.一种用于制造光学传感器(10)的方法，所述方法包括：
-提供光学传感器装置(11)，所述光学传感器装置包括在载体(13)上的至少两个光学传感器元件(12)，其中所述光学传感器装置(11)包括在所述光学传感器元件(12)的背离载体(13)的一侧的光入射表面(14)，
-沿垂直于所述载体(13)的延伸主平面的垂直方向(z)在两个光学传感器元件(12)之间形成沟槽(15)，其中，所述沟槽(15)从光学传感器装置(11)的光入射表面(14)至少延伸到载体(13)，
-使用不透明材料(16)涂覆所述沟槽(15)，
-在所述载体(13)的背离光学传感器元件(12)的背侧(18)上形成用于所述至少两个光学传感器元件(12)的电接触(17)，
-沿着所述沟槽(15)切割光学传感器装置(11)形成至少一个光学传感器(10)，其中
-每个光学传感器(10)包括光学传感器元件(12)，并且
-所述光入射表面(14)没有电接触(17)，并且在所述光学传感器元件(12)上方至少部分地没有不透明材料(16)；
其中，在形成所述沟槽(15)期间和在使用不透明材料(16)涂覆沟槽(15)期间，操作基板(19)布置在所述载体(13)的背侧(18)；
其中，所述操作基板(19)是条带(27)，所述条带在制造期间沿横向方向(x)扩展，其中，所述横向方向(x)平行于所述载体(13)的延伸主平面；
其中，所述条带(27)在形成沟槽(15)之后并且在应用不透明材料(16)之前沿横向方向(x)扩展。
2.根据权利要求1所述的用于制造光学传感器(10)的方法，其中，所述沟槽(15)的侧表面涂覆有不透明材料(16)。
3.根据权利要求1至2之一所述的用于制造光学传感器(10)的方法，其中，所述沟槽(15)通过模制工艺涂覆。
4.根据权利要求1至2之一所述的用于制造光学传感器(10)的方法，其中，所述沟槽(15)全部被不透明材料(16)填充。
5.根据权利要求1至2之一所述的用于制造光学传感器(10)的方法，其中，所述光学传感器(10)是在沟槽(15)涂覆有不透明材料(16)之后通过切割形成的。
6.根据权利要求1至2之一所述的用于制造光学传感器(10)的方法，其中，在所述载体(13)中形成至少一个导电穿孔(20)。
7.根据权利要求1至2之一所述的用于制造光学传感器(10)的方法，其中，在通过切割形成所述光学传感器(10)之后，所述不透明材料(16)在横向方向(x)上的厚度小于一个光学传感器(10)在横向方向(x)上的厚度的20％，所述横向方向平行于载体(13)的延伸主平面。
8.根据权利要求1至2之一所述的用于制造光学传感器(10)的方法，其中，所述载体(13)包括不透明材料(16)。
9.根据权利要求1至2之一所述的用于制造光学传感器(10)的方法，其中，在所述光学传感器元件(12)的背离载体(13)的一侧布置有至少一个覆盖元件(21)。
10.根据权利要求1至2之一所述的用于制造光学传感器(10)的方法，其中，所述沟槽(15)沿垂直方向(z)上的延伸小于所述光学传感器装置(11)沿垂直方向(z)上的总延伸。
11.根据权利要求1至2之一所述的用于制造光学传感器(10)的方法，其中，所述沟槽(15)沿垂直方向(z)延伸穿过整个载体(13)。
12.一种使用如权利要求1-11之一所述的方法制造的光学传感器(10)，包括：
-在载体(13)上的光学传感器元件(12)，
-覆盖元件(21)，其布置在所述光学传感器元件(12)的背离载体(13)的一侧，
-光入射表面(14)，其位于所述覆盖元件(21)的背离光学传感器元件(12)的一侧，
-至少一个电接触(17)，其位于所述载体(13)的背离光学传感器元件(12)的背侧(18)，
-不透明材料(16)，其在所述光学传感器(10)的侧表面(29)处形成涂层(22)，所述侧表面垂直于所述光入射表面(14)，其中
-所述涂层(22)至少在某些地方显示出切割过程的痕迹。
13.根据权利要求12所述的光学传感器(10)，其中，所述涂层(22)具有设定的厚度。
14.根据权利要求12或13所述的光学传感器(10)，其中，所述涂层(22)在横向方向(x)上的厚度小于所述光学传感器(10)在横向方向(x)上的厚度的20％，所述横向方向平行于载体(13)的延伸主平面。
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