图像传感器半导体封装件及制造半导体器件的方法技术

本发明专利技术涉及图像传感器半导体封装件及制造具有图像传感器的半导体器件的方法。公开了一种半导体器件，该半导体器件具有第一衬底，在该第一衬底的相对表面之间形成有竖直电互连结构。半导体管芯嵌入在第一衬底内。多个半导体片状器件设置在第一衬底上方或之内。第一半导体片状器件被掺杂为第一导电类型，并且第二半导体片状器件被掺杂为第二导电类型。第二导热衬底设置在半导体片状器件上方且与第一衬底相对。图像传感器设置在第一衬底上方。图像传感器通过第一衬底的竖直电互连结构进行电连接。密封剂沉积在图像传感器上方，密封剂中的开口位于图像传感器的有源区上方。使电流能够流过半导体片状器件以便于图像传感器进行热耗散。

Image sensor semiconductor package and method for manufacturing semiconductor device

The invention relates to an image sensor semiconductor package and a method for manufacturing a semiconductor device with an image sensor. Disclosed is a semiconductor device having a first substrate in which a vertical electrical interconnection structure is formed between the relative surfaces of the first substrate. The semiconductor die is embedded in the first substrate. A plurality of semiconductor sheet devices are arranged above or within the first substrate. The first semiconductor sheet device is doped with the first conductive type, and the second semiconductor sheet device is doped with the second conductive type. The second thermal conductive substrate is arranged above the semiconductor sheet device and is opposite to the first substrate. The image sensor is arranged above the first substrate. The image sensor is electrically connected through a vertical electrical interconnect structure of the first substrate. The sealant is deposited above the image sensor, and the opening in the sealant is located above the active region of the image sensor. The current can flow through the semiconductor chip device to facilitate the thermal dissipation of the image sensor.

【技术实现步骤摘要】
图像传感器半导体封装件及制造半导体器件的方法
本专利技术整体涉及半导体器件，并且更具体地，涉及半导体器件及形成用于图像传感器的热耗散的嵌入式热电致冷器的方法。
技术介绍
图像传感器集成电路(IC)是通过将光波或电磁辐射的可变衰减转换成电信号来检测和记录图像的一种半导体器件。图像传感器可包括成像像素阵列。成像像素包括光敏元件，诸如光电二极管，这些元件将传入的图像光转换为图像信号。典型的图像传感器可具有数十万或数百万像素。图像传感器使用控制电路来操作成像像素，并使用读出电路来读出与光敏元件生成的电荷对应的图像信号。图像传感器可使用半导体电荷耦合器件(CCD)以及互补金属氧化物半导体(CMOS)或N型金属氧化物半导体(NMOS)技术中的有效像素传感器来实施，并且可应用于电子设备，诸如数字相机、计算机、移动电话、录像机、汽车、医学成像设备、夜视设备、热成像设备、雷达、声纳以及其他采集传入的图像光以捕获图像的图像检测设备。即使当没有光入射到图像传感器IC时，该传感器通常也具有电输出，这称为传感器的暗电流。较大的暗电流表现为输出图像中的视觉噪声，并且潜在地覆盖或劣化输出图像信号。因此，图像传感器的制造商试图减少电子设备的图像传感器中的暗电流。导致暗电流和因此产生的图像噪声的一个重要因素是图像传感器IC的温度。图1a示出了常见CMOS图像传感器在一定温度范围内的暗电流的曲线图10。曲线图10示出了在图像传感器温度升高到50℃以上时暗电流以指数方式增加。然而，在许多情况下，图像传感器都在50℃以上的条件下操作。例如，在大白天和炎热气候中操作的车辆可超过50℃。制造商试图采取降低图像传感器的温度并保持温度低于期望阈值的措施。图1b示出了现成热电致冷器(TEC)12的常见构型。TEC12包括冷侧板20和暖侧板22。多个正掺杂(P掺杂)半导体片状器件32和负掺杂(N掺杂)半导体片状器件34通过导电迹线36以串联方式电耦接在板20和22上。当电流在串联的P掺杂半导体片状器件32、N掺杂半导体片状器件34和导电迹线36之间的不同导电类型之间流动时，流过TEC12的电子通过珀尔帖效应去除来自冷侧板20的热能并将热能沉积在暖侧板22中。将电信号施加到端子36和38以实现TEC12的冷却效应。图像传感器IC可安装在TEC12的冷板20上以帮助控制图像传感器的温度。然而，市面上可用的TEC构型既庞大又昂贵，这使所得的最终产品不具成本效益。联合使用TEC12和图像传感器通过保持图像传感器IC冷却而潜在地提高了性能，但导致最终产品过于昂贵且不合需要地庞大。因此，需要嵌入式集成热电致冷器，以在具有图像传感器和其他半导体部件的半导体封装件中使用。
技术实现思路
本专利技术的实施例至少提供了一种制造具有图像传感器的半导体器件的方法和图像传感器半导体封装件。根据一个方面，提供了一种制造具有图像传感器的半导体器件的方法，包括：提供第一衬底，所述第一衬底包括在所述第一衬底的相对表面之间形成的竖直电互连结构；将第一半导体片状器件设置在所述第一衬底上方；将第二半导体片状器件设置在所述第一衬底上方；以及将图像传感器设置在所述第一衬底上方，其中所述图像传感器通过所述第一衬底的所述竖直电互连结构进行电连接。根据另一方面，提供了一种图像传感器半导体封装件，包括：第一衬底，所述第一衬底包括穿过所述第一衬底形成的竖直电互连结构；设置在所述第一衬底上方的多个半导体片状器件；和设置在所述第一衬底上方的图像传感器，其中所述图像传感器电连接到所述第一衬底的所述竖直电互连结构。附图说明图1a-图1b示出了在一定温度范围内的图像传感器IC的暗电流及传统热电致冷器；图2a-图2g示出了形成具有集成热电致冷器的图像传感器封装件的工艺；图3示出了具有集成热电致冷器的图像传感器半导体封装件；图4a-图4b示出了嵌入在图像传感器半导体衬底封装件中的热电致冷器的实施方案；图5a-图5d示出了形成嵌入在图像传感器半导体衬底封装件中的热电致冷器的另一个实施方案；图6示出了嵌入在图像传感器半导体衬底封装件中的热电致冷器的另一个实施方案；并且图7a-图7b示出了含有图像传感器半导体衬底封装件的电子设备。具体实施方式下文参照附图描述了一个或多个实施方案，其中类似的数字表示相同或相似的元件。虽然按照实现某些目标的最佳模式描述了附图，但描述旨在涵盖可包括在本公开的实质和范围内的替代形式、修改形式和等同形式。如本文使用的术语“半导体管芯”兼指该词语的单数形式和复数形式，并且相应地，可同时涉及单个半导体器件和多个半导体器件。术语“图像传感器”既指与单独像素相关联的传感器，又指与多个像素或像素阵列相关联的传感器。图像传感器使用像素捕获给定环境中的光，并且生成表示该环境中的图像的电信号。例如，像素所生成的电信号生成数字图像，该数字图像作为信息呈现给电子设备的用户。在一些合适的场景中，图像传感器所生成的电信号经过处理并用于捕获关于在图像传感器处接收到的光的信息，诸如亮度、波长、空间图案化、时间图案化、偏振、方向以及与光相关联的其他合适的特性。此类光特性可由发光源或反光源修改，以基于光的特性来编码信息。电子设备诸如数字相机、计算机、移动电话、汽车、录像机、医学成像设备、夜视设备、热成像设备、雷达、声纳和其他图像检测设备采集传入的图像光以捕获图像。图像传感器包括图像像素阵列。成像像素包括光敏元件，诸如光电二极管，这些元件将传入的图像光转换为图像信号。典型的图像传感器可具有数十万或数百万像素。图像传感器使用控制电路来操作成像像素，并使用读出电路来读出与光敏元件生成的电荷对应的图像信号。图2a示出了衬底100的剖视图，该衬底包括具有有源表面130和接触焊盘132的嵌入式半导体管芯124，以及沉积在半导体管芯124上方的密封剂或模塑化合物210。在密封剂210上方形成导电层212。在密封剂210和导电层212上方形成绝缘或钝化层214。在绝缘层214和导电层212上方形成导电层222。导电层212和222的部分根据半导体管芯124的设计和功能可为电气公共的或电气隔离的，并且作为RDL操作以扇出并延伸电气连接以用于外部互连。在绝缘层214和导电层222上方形成绝缘或钝化层224。在导电层222上方形成凸块230。移除密封剂210的一部分，并且在密封剂上方形成导电层262，其延伸到导电层212。在密封剂210和导电层262上方形成绝缘或钝化层264。在绝缘层264上方形成导电层272。在绝缘层264和导电层272上方形成绝缘或钝化层274。导电层212、222、262和272的组合与凸块230构成衬底100的相对表面之间的竖直电互连结构。衬底100表示具有竖直电互连结构和嵌入式半导体管芯124的一种衬底类型。衬底的附加实施方案包括具有或不具有嵌入式半导体管芯的竖直电互连结构的其他构型。在图2b中，使用贴装操作将多个P掺杂半导体片状器件300设置在导电层272上。通过焊膏或其他导电材料301将P掺杂半导体片状器件300安装到导电层272。在一些实施方案中，焊膏301回流以在P掺杂半导体片状器件300与导电层272之间形成电气和冶金接合。导电层272的每个位于中心的部分272a具有一个P掺杂半导体片状器件300以将电流向下输送到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造具有图像传感器的半导体器件的方法，包括：提供第一衬底，所述第一衬底包括在所述第一衬底的相对表面之间形成的竖直电互连结构；将第一半导体片状器件设置在所述第一衬底上方；将第二半导体片状器件设置在所述第一衬底上方；以及将图像传感器设置在所述第一衬底上方，其中所述图像传感器通过所述第一衬底的所述竖直电互连结构进行电连接。

【技术特征摘要】
2017.02.06 US 15/425,1711.一种制造具有图像传感器的半导体器件的方法，包括：提供第一衬底，所述第一衬底包括在所述第一衬底的相对表面之间形成的竖直电互连结构；将第一半导体片状器件设置在所述第一衬底上方；将第二半导体片状器件设置在所述第一衬底上方；以及将图像传感器设置在所述第一衬底上方，其中所述图像传感器通过所述第一衬底的所述竖直电互连结构进行电连接。2.根据权利要求1所述的方法，还包括将第二衬底设置在所述第一半导体片状器件和所述第二半导体片状器件上方且与所述第一衬底相对。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一半导体片状器件被掺杂为第一导电类型，并且所述第二半导体片状器件被掺杂为第二导电类型。4.根据权利要求1所述的方法，还包括将密封剂沉积在所述图像传感器上方，其中所述密封剂中的开口位于所述图像传感器的有源区上方。5.一种图像传感器半导体封装...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·L·斯凯特，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US