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DE102017220258B4 - Halbleitersensorbauelement und Verfahren zum Herstellen desselben - Google Patents

Halbleitersensorbauelement und Verfahren zum Herstellen desselben Download PDF

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DE102017220258B4
DE102017220258B4 DE102017220258.0A DE102017220258A DE102017220258B4 DE 102017220258 B4 DE102017220258 B4 DE 102017220258B4 DE 102017220258 A DE102017220258 A DE 102017220258A DE 102017220258 B4 DE102017220258 B4 DE 102017220258B4
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dielectric coating
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vapor
semiconductor
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Franz-Peter Kalz
Jochen Dangelmaier
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Infineon Technologies AG
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Abstract

Halbleitersensorbauelement (100), aufweisend:ein Substrat (110) aufweisend eine erste Hauptfläche (112) und eine zweite Hauptfläche (114) gegenüber der ersten Hauptfläche,ein Halbleiterelement (120) aufweisend einen Erfassungsbereich (122), wobei das Halbleiterelement (120) auf der ersten Hauptfläche (112) des Substrats (110) angeordnet und elektrisch an das Substrat (110) gekoppelt ist,einen Deckel (130), der auf der ersten Hauptfläche (112) des Substrats (110) angeordnet ist und einen Hohlraum (160) ausbildet, wobei das Halbleiterelement (120) in dem Hohlraum (160) angeordnet ist,eine aufgedampfte dielektrische Beschichtung (140), die das Halbleiterelement (120) und die erste Hauptfläche (112) des Substrats (110) bedeckt, wobei die aufgedampfte dielektrische Beschichtung (140) eine Öffnung (142) über dem Erfassungsbereich (122) besitzt,wobei die zweite Hauptfläche (114) des Substrats (110) von der aufgedampften dielektrischen Schicht (140) mindestens teilweise frei ist, undein Glob Top (170), über dem Erfassungsbereich (122) angeordnet, wobei das Glob Top (170) von der aufgedampften dielektrischen Beschichtung (140) an der Öffnung (142) mindestens teilweise exponiert ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Halbleitersensorbauelemente, insbesondere Halbleitersensorbauelemente umfassend eine aufgedampfte dielektrische Beschichtung, und ein Verfahren zum Herstellen von Halbleitersensorbauelementen.
  • HINTERGRUND
  • Halbleitersensorbauelemente werden in zahlreichen Anwendungsbereichen eingesetzt, von denen viele ungünstige Umgebungen aufweisen können, in denen die Halbleitersensorbauelemente dennoch ordnungsgemäß funktionieren müssen. Zudem müssen Halbleitersensorbauelemente während der Herstellung möglicherweise verschiedene Tests bestehen, und solche Tests können umfassen, die Halbleitersensorbauelemente korrodierenden Chemikalien auszusetzen. Es ist deshalb notwendig, Halbleitersensorbauelemente mit einer adäquaten Schutzbeschichtung zu versehen. Herkömmliche Schutzbeschichtungen besitzen jedoch möglicherweise nicht in jeder Hinsicht optimale Eigenschaften. Herkömmliche Schutzbeschichtungen können in ein Halbleitersensorbauelement beispielsweise aufgrund einer Fehlanpassung des Wärmeausdehnungskoeffizienten eine Beanspruchung einführen, oder herkömmliche Schutzbeschichtungen können zu teuer sein. Diese und weitere Probleme werden durch die vorliegende Offenbarung behandelt. Die US 6 956 283 B1 offenbart ein Halbleitersensorbauelement mit einem auf einer ersten Seite eines Substrats angeordneten Halbleiterelement, welches einen Erfassungsbereich aufweist und welches in einem durch einen Deckel gebildeten Hohlraum angeordnet ist. Eine dielektrische Beschichtung bedeckt die erste Seite des Substrats und besitzt über dem Erfassungsbereich eine Öffnung. Weitere Halbleiterbauelemente sind in der US 6 379 988 B1 , der US 6 661 084 B1 und der US 6 319 425 B1 offenbart.
  • KURZFASSUNG
  • Verschiedene Aspekte betreffen ein Halbleitersensorbauelement, umfassend: ein Substrat, umfassend eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche gegenüber der ersten Hauptfläche, ein Halbleiterelement, umfassend einen Erfassungsbereich, wobei das Halbleiterelement auf der ersten Hauptfläche des Substrats angeordnet und elektrisch an das Substrat gekoppelt ist, einen Deckel, der auf der ersten Hauptfläche des Substrats angeordnet ist und einen Hohlraum bildet, wobei das Halbleiterelement in dem Hohlraum angeordnet ist, und eine aufgedampfte dielektrische Beschichtung, die das Halbleiterelement und die erste Hauptfläche des Substrats bedeckt, wobei die aufgedampfte dielektrische Beschichtung eine Öffnung über dem Erfassungsbereich besitzt, wobei die zweite Hauptfläche des Substrats von der aufgedampften dielektrischen Schicht mindestens teilweise frei ist.
  • Verschiedene Aspekte betreffen ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersensorbauelements, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Substrats, umfassend eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche gegenüber der ersten Hauptfläche, Anordnen eines Halbleiterelements, umfassend einen Erfassungsbereich auf der ersten Hauptfläche des Substrats, und elektrisches Koppeln des Halbleiterelements an das Substrat, Anordnen eines Deckels auf der ersten Hauptfläche des Substrats, so dass der Deckel einen Hohlraum bildet, wobei das Halbleiterelement in dem Hohlraum angeordnet ist, Aufdampfen einer dielektrischen Beschichtung über dem Halbleiterelement und der ersten Hauptfläche des Substrats, und Herstellen einer Öffnung in der aufgedampften dielektrischen Beschichtung über dem Erfassungsbereich, wobei die zweite Hauptfläche des Substrats von der aufgedampften dielektrischen Beschichtung mindestens teilweise frei ist.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beiliegenden Zeichnungen veranschaulichen Beispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung von Prinzipien der Offenbarung. Weitere Beispiele und viele der beabsichtigten Vorteile der Offenbarung ergeben sich ohne Weiteres, wenn sie durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind relativ zueinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
    • 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Beispiel eines Halbleitersensorbauelements.
    • 2, die die 2A bis 2I umfasst, zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterbauelements.
    • 3, die die 3A bis 3D umfasst, zeigt ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleiterbauelements, wobei eine andere Sequenz von Handlungen im Vergleich zu dem in 2 gezeigten Verfahren eingesetzt werden kann.
    • 4, die die 4A und 4B umfasst, zeigt Querschnitte durch weitere Beispiele eines Halbleitersensorbauelements, wobei das Halbleitersensorbauelement im Vergleich zu dem in
    • 1 gezeigten Bauelement einen zusätzlichen Halbleiter-Die umfasst.
    • 5 zeigt einen Querschnitt durch ein Verbundsubstrat und eine Abdeckung umfassend einen an das Verbundsubstrat gekoppelten Verriegelungsmechanismus.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Für den Fachmann kann es jedoch evident sein, dass ein oder mehrere Aspekte der Offenbarung mit einem geringeren Grad der spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form gezeigt, um das Beschreiben eines oder mehrerer Aspekte der Offenbarung zu erleichtern. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „Oberseite“, „Unterseite“, „links“, „rechts“, „oberer“, „unterer“ usw. unter Bezugnahme auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Weil Komponenten der Offenbarung in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Veranschaulichungszwecken verwendet und ist auf keinerlei Weise beschränkend.
  • Wenngleich ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt eines Beispiels möglicherweise nur bezüglich einer von mehreren Implementierungen offenbart ist, kann außerdem ein derartiges Merkmal oder ein derartiger Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert werden, wie dies für eine beliebige gegebene oder bestimmte Anwendung erwünscht und vorteilhaft sein kann, sofern nicht spezifisch anderweitig angemerkt oder soweit nicht technisch eingeschränkt. In dem Ausmaß, dass die Ausdrücke „enthalten“, „haben“, „mit“ oder andere Varianten davon entweder in der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen verwendet werden, sollen solche Ausdrücke zudem auf eine Weise ähnlich dem Ausdruck „umfassen“ inklusiv sein. Es können die Ausdrücke „gekoppelt“ und „verbunden“ zusammen mit Ableitungen davon verwendet werden. Es versteht sich, dass diese Ausdrücke verwendet werden können, um anzuzeigen, dass zwei Elemente ungeachtet dessen zusammenarbeiten oder interagieren, ob sie in direktem physischem oder elektrischem Kontakt stehen oder ob sie nicht in direktem Kontakt miteinander stehen; dazwischenliegende Elemente oder Schichten können zwischen den „gebondeten“, „befestigten“ oder „verbundenen“ Elementen vorgesehen sein. Außerdem ist der Ausdruck „beispielhaft“ lediglich als ein Beispiel gedacht anstatt als das Beste oder Optimale.
  • Die weiter unten beschriebenen Halbleiterelemente oder Halbleiter-Dies können von unterschiedlichen Typen sein, können durch unterschiedliche Technologien hergestellt werden und können beispielsweise integrierte elektrische, elektrooptische oder elektromechanische Schaltungen und/oder passive Elemente, integrierte Logikschaltungen, Steuerschaltungen, Mikroprozessoren, Sensorbauelemente, Speicherbauelemente und so weiter beinhalten.
  • Die Beispiele eines Halbleitersensorbauelements und eines Verfahrens zum Herstellen eines Halbleitersensorbauelements können verschiedene Typen von Halbleiter-Dies oder in den Halbleiter-Dies enthaltenen Schaltungen verwenden, unter ihnen integrierte Logikschaltungen, integrierte analoge Schaltungen, integrierte Mischsignalschaltungen, Sensorschaltungen, MEMS (mikroelektromechanische Systeme), integrierte Leistungsschaltungen, Chips mit integrierten passiven Elementen und so weiter.
  • Der oder die Halbleiterchips oder -Dies können aus einem spezifischen Halbleitermaterial hergestellt werden, beispielsweise Si, SiC, SiGe, GaAs, GaN oder aus einem beliebigen anderen Halbleitermaterial.
  • Die unten beschriebenen Bauelemente können einen oder mehrere Halbleiterchips beinhalten. Beispielsweise können eine oder mehrere integrierte Logikschaltungen in den Bauelementen enthalten sein. Die integrierten Logikschaltungen können konfiguriert sein zum Steuern der integrierten Schaltungen von anderen Halbleiterchips, beispielsweise der integrierten Schaltungen von Halbleitersensorchips. Die integrierten Logikschaltungen können in Logikchips implementiert sein.
  • Der oder die Halbleiterchips können Kontaktpads (oder Elektroden) besitzen, die das Herstellen eines elektrischen Kontakts mit den in dem oder den Halbleiterchips enthaltenen integrierten Schaltungen gestatten. Die Elektroden können alle auf nur einer oder mehreren Hauptflächen des oder der Halbleiterchips oder auf beiden Hauptflächen des oder der Halbleiterchips angeordnet sein. Sie können eine oder mehrere Elektrodenmetallschichten enthalten, die auf dem Halbleitermaterial des oder der Halbleiterchips aufgebracht sind. Die Elektrodenmetallschichten können mit einer beliebigen gewünschten geometrischen Form und einer beliebigen gewünschten Materialzusammensetzung hergestellt werden. Beispielsweise können sie ein Material ausgewählt aus der Gruppe aus Cu, Ni, NiSn, Au, Ag, Pt, Pd, einer Legierung aus einem oder mehreren dieser Metalle, ein elektrisch leitendes organisches Material oder ein elektrisch leitendes Halbleitermaterial umfassen oder daraus bestehen.
  • Der oder die Halbleiterchips können an einen Träger oder ein Substrat gebondet werden. Der Träger kann ein (permanenter) Bauelementträger sein. Der Träger kann eine beliebige Sorte von Material umfassen wie beispielsweise keramisches oder metallisches Material, Kupfer oder Kupferlegierung oder Eisen-Nickel-Legierung oder daraus bestehen. Der Träger kann mechanisch und elektrisch mit einem Kontaktelement des oder der Halbleiterchips verbunden sein. Der oder die Halbleiterchips können durch Löten oder Kleben mit Hilfe eines Klebers mit dem Träger verbunden werden. Im Fall von Kupfer- oder Eisen-Nickel-Trägern kann es wünschenswert sein, Lotmaterialien zu verwenden, die AuSn, AgSn, CuSn, AgIn, AuIn oder CuIn umfassen oder daraus bestehen. Falls der oder die Halbleiterchips an den Träger geklebt werden sollen, können alternativ leitfähige oder nichtleitfähige Kleber verwendet werden. Die Kleber können beispielsweise auf Epoxidharzen basieren.
  • Die Kontaktelemente des oder der Halbleiterchips können eine Diffusionsbarriere umfassen. Die Diffusionsbarriere verhindert im Fall des Diffusionslötens, dass das Lotmaterial von dem Träger in den oder die Halbleiterchips diffundiert. Eine dünne Titanschicht auf dem Kontaktelement kann beispielsweise eine derartige Diffusionsbarriere bewirken.
  • Bei mehreren Beispielen werden Schichten aufeinander aufgebracht oder Materialien werden auf Schichten aufgebracht oder abgeschieden. Es versteht sich, dass alle diese Ausdrücke wie „aufgebracht“ oder „abgeschieden“ im Grunde alle Arten und Techniken des Aufbringens von Schichten aufeinander abdecken sollen. Insbesondere sollen sie Techniken abdecken, bei denen Schichten auf einmal als Ganzes aufgebracht werden, wie beispielsweise Laminierungstechniken sowie Techniken, bei denen Schichten auf sequentielle Weise abgeschieden werden, wie beispielsweise Sputtern, Plattieren, Ausformen (Molding), CVD usw.
  • Bei den unten beschriebenen Halbleitersensorbauelementen kann es sich um verschiedene Typen von Sensorbauelementen handeln, beispielsweise Drucksensoren, Reifendrucküberwachungssensoren, Gassensoren, Kapazitätssensoren usw. Während der Herstellung können die Halbleitersensorbauelemente einem oder mehreren gewissen Tests unterzogen werden, um die Funktionalität festzustellen. Beispiele solcher in der Technik bekannter Tests sind der starke Säuremischtest, der Ioddampftest, der AdBlue-Test, der Diiodmethantest und der Seifenwassertest.
  • Halbleitersensorbauelemente gemäß dieser Offenbarung umfassen eine Schutzschicht, insbesondere eine aufgedampfte dielektrische Beschichtung, die kritische Teile der Halbleitersensorbauelemente schützen kann. Die Schutzschicht kann beispielsweise eines oder mehreres von einem Halbleiterelement, Bonddrähten, einem Substrat, elektrischen Verbindern, die in dem Substrat umfasst sind, und einem Deckel eines Halbleitersensorelements schützen. Die Schutzschicht kann die kritischen Teile beispielsweise vor Korrosion, während Tests wie den oben beschriebenen Tests, schützen. Weiterhin kann die Schutzschicht die kritischen Teile während des normalen Halbleitersensorbauelementbetriebs schützen.
  • Die Halbleitersensorbauelemente können konfiguriert sein zur Verwendung in verschiedenen Umgebungen entsprechend den Erfordernissen des Kunden. Beispielsweise können die Halbleitersensorbauelemente konfiguriert sein zur Verwendung in Kraftfahrzeuganwendungen, beispielsweise in Reifen oder in einem Abgastrakt.
  • Die Schutzschicht oder die aufgedampfte dielektrische Beschichtung kann ein beliebiges geeignetes dielektrisches Material umfassen oder daraus bestehen, das während des Testens oder während des Halbleitersensorbauelementbetriebs, wie oben beschrieben, für adäquaten Schutz sorgt. Gemäß einem Beispiel kann die Schutzschicht oder die aufgedampfte dielektrische Beschichtung ein Polymer, insbesondere Parylen, umfassen oder daraus bestehen. Beispiele für Parylene, die verwendet werden können, sind Parylen N, Parylen C, Parylen D und fluorierte Parylene wie Parylen HT.
  • 1 zeigt ein Beispiel eines Halbleitersensorelements 100 gemäß der Offenbarung. Das Halbleiterelement 100 umfasst ein Substrat 110, ein Halbleiterelement 120, einen Deckel 130 und eine Schutzschicht oder eine aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140. Die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 kann eines oder mehrere des Substrats 110, des Halbleiterelements 120 und des Deckels 130 vollständig bedecken.
  • Das Substrat 110 kann eine erste Hauptfläche 112, eine zweite Hauptfläche 114 gegenüber der ersten Hauptfläche 112 und die erste 112 und zweite 114 Hauptflächen verbindende Seitenflächen 116 umfassen. Die Seitenflächen 116 können Schnittbereiche sein, wobei das Halbleitersensorbauelement 100 durch Schneiden entlang der Seitenflächen 116 vereinzelt wurde. Das Substrat 110 kann im Wesentlichen flach sein und kann zum Beispiel ein Laminat, eine gedruckte Leiterplatte (PCB), einen Leadframe, insbesondere einen umspritzten (molded) Leadframe, oder eine direkte Kupferverbindung (direct copper bond, DCB) umfassen oder daraus bestehen. Das Substrat 110 kann einen elektrisch isolierenden Körper und in dem Körper angeordnete elektrische Kontakte 118 umfassen. Beispielsweise können die elektrischen Kontakte 118 Cu, Al, Ag oder Au umfassen oder daraus bestehen. Gemäß einem Beispiel umfassen die elektrischen Kontakte 118 Vias, die sich von der ersten Hauptfläche 112 zu der zweiten Hauptfläche 114 erstrecken.
  • Das Halbleiterelement 120 kann auf der ersten Hauptfläche 112 des Substrats 110 angeordnet sein. Das Halbleiterelement 120 kann ein Halbleiter-Erfassungselement sein und kann einen Erfassungsbereich 122 umfassen. Der Erfassungsbereich 122 kann in einer oberen Hauptfläche des Halbleiterelements 120 angeordnet sein, wobei die obere Hauptfläche von dem Substrat 110 weg gewandt ist. Der Erfassungsbereich 122 kann für Strahlung empfindlich sein, beispielsweise UV-Strahlung, sichtbares Licht oder Infrarotlicht. Gemäß einem weiteren Beispiel kann der Erfassungsbereich 122 ein kapazitives Erfassungselement sein. Der Erfassungsbereich 122 kann ein mikroelektromechanisches System (MEMS) umfassen. Das Halbleiterelement 120 kann ein Halbleiter-Die sein, zum Beispiel ein unbestückter (naked) Die. Das Halbleiterelement 120 kann elektrisch an das Substrat 110 gekoppelt sein, beispielsweise an die elektrischen Kontakte 118. Gemäß einem Beispiel kann das Halbleiterelement 120 durch Bonddrähte 150 an das Substrat 110 gekoppelt sein.
  • Das Halbleitersensorbauelement 100 kann ein oder mehrere weitere Halbleiterelemente umfassen. Beispielsweise kann ein weiteres Halbleiterelement eine applikationsspezifische integrierte Schaltung umfassen. Ein weiteres Halbleiterelement kann ein Steuer-Die sein, der zum Steuern des Halbleiterelements 120 konfiguriert ist.
  • Der Deckel 130 kann derart auf der ersten Hauptfläche 112 des Substrats 110 angeordnet sein, dass das Halbleiterelement 120 in einem durch den Deckel 130 ausgebildeten Hohlraum 160 angeordnet ist. Etwaige weitere Halbleiterelemente können ebenfalls in dem Hohlraum 160 angeordnet sein. Der Deckel 130 kann konfiguriert sein zum Schützen des Halbleiterelements 120 vor äußeren Kräften. Der Deckel 130 kann ein Metall, beispielsweise Al oder Fe, oder eine Metalllegierung umfassen oder daraus bestehen. Der Deckel 130 kann ein Polymer umfassen oder daraus bestehen. Der Deckel 130 umfasst eine Bohrung 132, die konfiguriert ist zum Verbinden des Hohlraums 160 mit dem Äußeren des Deckels 130. Die Bohrung 132 kann vertikal über dem Erfassungsbereich 122 angeordnet sein oder sie kann bezüglich des Erfassungsbereichs 122 lateral versetzt angeordnet sein. Der Deckel 130 kann konfiguriert sein, um dem Halbleiterelement 120 eine Abschirmung zu verleihen, um beispielsweise elektromagnetische Kompatibilität (EMC) zu vermitteln.
  • Der Deckel 130 kann mit Hilfe eines Klebers, eines Klebstoffs, eines Lots oder einer Schweißung an dem Substrat 110 befestigt werden. Für den Fall, dass Klebstoff verwendet wird, kann der Deckel 130 auf die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 gemäß einem Beispiel geklebt werden, und der Deckel 130 kann direkt auf die erste Hauptfläche 112 des Substrats 110 gemäß einem weiteren Beispiel geklebt werden (in diesem Fall kann die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 lokal von dem bezeichneten Befestigungspunkt des Deckels 130 entfernt worden sein).
  • Die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 kann das Halbleiterelement 120, die Bonddrähte 150 und die erste Hauptfläche 112 des Substrats 110 (vollständig) bedecken. Insbesondere kann die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 die erste Hauptfläche 112 innerhalb des Hohlraums 160 und außerhalb des Hohlraums 160 bedecken. Gemäß einem Beispiel kann die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 auch den Deckel 130, insbesondere eine innere Oberfläche des Deckels 130, dem Hohlraum 160 zugewandt, und eine äußere Oberfläche des Deckels 130, der Außenseite zugewandt (dieser Fall ist in 1 gezeigt), (vollständig) bedecken. Gemäß einem weiteren Beispiel wird der Deckel 130 nicht durch die aufgedampfte dielektrische Schicht bedeckt. Die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 kann beispielsweise den Deckel 130 in dem Fall bedecken, dass der Deckel 130 aus Metall oder einer Metalllegierung besteht, und sie bedeckt möglicherweise nicht den Deckel 130 in dem Fall, dass der Deckel 130 ein Polymer umfasst. Die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 kann eine gleichförmige Dicke oder eine im Wesentlichen gleichförmige Dicke besitzen. Die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 kann eine Dicke im Bereich von 500nm-70um, insbesondere 700nm-50pm, ganz besonders 1µm-25µm und sogar noch spezieller 1µm-10µm, besitzen. Die zweite Hauptfläche 114 des Substrats 110 wird durch die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 nicht bedeckt oder wird zumindest durch die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 teilweise nicht bedeckt (beispielsweise können die elektrischen Kontakte 118 exponiert sein). Zudem werden gemäß einem Beispiel die Seitenflächen 116 nicht durch die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 bedeckt.
  • Die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 umfasst eine über dem Erfassungsbereich 122 angeordnete Öffnung 142. Die Öffnung 142 kann derart dimensioniert sein, dass eine vertikale Projektion des Erfassungsbereichs 122 in die Öffnung 142 passen kann. Gemäß einem weiteren Beispiel kann die Größe der Öffnung 142 kleiner sein als der Erfassungsbereich 122.
  • Bei herkömmlichen Halbleitersensorbauelementen kann der Hohlraum 160 (teilweise) mit einem dielektrischen Padding gefüllt sein, um das Halbleiterelement 120 und die Bonddrähte 150 vor Korrosion zu schützen. Ein derartiges dielektrisches Padding kann jedoch einen Wärmeausdehnungskoeffizienten besitzen, der von den anderen Komponenten des Halbleitersensorbauelements verschieden ist, und kann weitere Probleme aufweisen. Aufgrund der aufgedampften dielektrischen Beschichtung 140 erfordert das Halbleitersensorbauelement 100 vorteilhafterweise nicht ein derartiges dielektrisches Padding. Der Hohlraum 160 des Halbleitersensorbauelements 100 kann deshalb abgesehen von dem Halbleiterelement 120 und den Bonddrähten 150 leer oder im Wesentlichen leer sein.
  • Das Halbleitersensorbauelement 100 kann weiterhin ein Glob Top 170 umfassen, das über der oberen Hauptfläche des Halbleiterelements 120 angeordnet ist, insbesondere über dem Erfassungsbereich 122. Das Glob Top 170 kann gegenüber der aufgedampften dielektrischen Beschichtung 140 an der Öffnung 142 mindestens teilweise exponiert sein. Mit anderen Worten kann die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 wenigstens teilweise über dem Glob Top 170 angeordnet sein. Das Glob Top 170 kann Silicon und Füllpartikel umfassen. Die Füllpartikel können konfiguriert sein zum Streuen von Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von einem oder mehreren von 180nm bis 300nm, insbesondere 193nm bis 266nm und 5pm bis 12um (fern infrarot), insbesondere 6,5um bis 11µm. Die Füllpartikel können CaC03 umfassen oder daraus bestehen. Der Anteil an Füllpartikeln in dem Glob Top 170 kann über 10%, über 20%, über 30%, über 40%, über 50%, über 60%, über 70%, über 80%, über 90% und über 95% liegen.
  • 2, die die 2A-2I umfasst, zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersensorbauelements 200 gemäß der Offenbarung. Das Halbleitersensorbauelement 200 kann mit dem Halbleitersensorbauelement 100 identisch sein und gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile.
  • In 2A a ist ein Verbundsubstrat 210 vorgesehen. Das Verbundsubstrat 210 kann eine Vielzahl an Substraten 110 umfassen, die an ihren Seitenflächen 116 verbunden sind. Obwohl 2A nur zwei Substrate 110 zeigt, kann das Verbundsubstrat 210 eine viel größere Anzahl an Substraten 110 umfassen.
  • In 2B sind die Halbleiterelemente 120 über eine Klebe- oder Lotschicht 220 auf den Substraten 110 montiert. Weiterhin sind die Halbleiterelemente 120 beispielsweise durch Bonddrähte 150, die Elektroden auf den oberen Hauptflächen der Halbleiterelemente 120 mit elektrischen Kontakten 118 koppeln, mit den Substraten 110 elektrisch verbunden.
  • In 2C ist das Glob Top 170 auf jedem Erfassungsbereich 122 verteilt. Beispielsweise kann ein Tröpfchen aus Glob Top-Material, das Füllpartikel umfasst, derart auf jedem Erfassungsbereich 122 verteilt sein, dass sich eine kugelförmige Kappe bildet, die den Erfassungsbereich 122 vollständig bedeckt. Nach dem Verteilen kann das Glob Top 170 beispielsweise durch Einwirken von Wärme gehärtet werden.
  • In 2D sind die Deckel 130 an den Substraten 110 befestigt zum Beispiel durch Kleben, Löten oder Schweißen der Deckel 130 an die Substrate 110.
  • In 2E ist eine Abdeckung 230 auf dem Verbundträger 210 aufgebracht. Die Abdeckung 230 kann die zweite Hauptfläche 114 der Substrate 110 vollständig bedecken. Gemäß einem Beispiel umfasst die Abdeckung 230 eine Klebefolie. Die Klebefolie kann auf das Verbundsubstrat 210 laminiert sein. Gemäß einem weiteren Beispiel umfasst die Abdeckung 230 eine Maske, z.B. eine aus weichem Silikon oder einem ähnlichen Material hergestellte Maske. Das Verbundsubstrat 210 kann bis zur Hälfte oder sogar bis zu zwei Dritteln der Dicke des Verbundsubstrats 210 in die Maske gedrückt werden. Die Abdeckung 230 kann konfiguriert sein zum Versiegeln der zweiten Hauptfläche 114 der Substrate 110, insbesondere der Abschnitte der elektrischen Kontakte 118, die an der zweiten Hauptfläche 114 exponiert sind.
  • Gemäß einem Beispiel kann das Bedecken des Verbundsubstrats 210 mit der Abdeckung 230 vor irgendeiner der in 2A-2D gezeigten Handlungen durchgeführt werden. Weiterhin kann ein durch die Abdeckung 230 bereits bedecktes Verbundsubstrat 210 von einem Lieferanten erhalten werden.
  • In 2F wird die dielektrische Beschichtung 140 aufgedampft. Beispielsweise kann eine Technik der chemischen Dampfabscheidung (CVD) zum Abscheiden der dielektrischen Beschichtung 140 verwendet werden. Da der Hohlraum 160 durch die Öffnung 132 mit der Außenseite verbunden ist, wird die dielektrische Beschichtung 140 auch auf allen Oberflächen innerhalb des Hohlraums 160 abgeschieden. Die Seitenflächen 216 des Verbundsubstrats 210 werden ebenfalls durch die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 bedeckt (mindestens jene Abschnitte der Seitenflächen 216, die nicht durch die Abdeckung 230 geschützt sind). Die Abdeckung 230 verhindert die Abscheidung der dielektrischen Beschichtung auf der zweiten Hauptfläche 114 des Substrats 110.
  • In 2G ist die Abdeckung 230 von dem Verbundsubstrat 210 entfernt worden. In dem Fall beispielsweise, dass die Abdeckung 230 eine Klebefolie ist, kann die Klebefolie abgezogen werden. Das Entfernen der Abdeckung 230 kann das Aufbringen von Wärme oder Strahlung umfassen. Anhängsel 240 der aufgedampften dielektrischen Beschichtung 140 können an den Seitenflächen 216 des Verbundsubstrats 210 befestigt bleiben. Gemäß einem Beispiel kann nach dem Entfernen der Abdeckung 230 ein Reinigungsprozess verwendet werden, um Reste der Abdeckung 230 zu entfernen, insbesondere Reste über den elektrischen Kontakten 118. Der Reinigungsprozess kann einen oder mehrere eines chemischen und eines mechanischen Reinigungsprozesses umfassen.
  • In 2H ist die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 mindestens teilweise über dem Erfassungsbereich 122 und dem Glob Top 170 entfernt. Das Entfernen der aufgedampften dielektrischen Beschichtung 140 kann beispielsweise einen Laserabtragungsprozess umfassen. Der Laser kann beispielsweise eine Wellenlänge im Bereich von 180nm-300nm, insbesondere 193nm-266nm oder im Bereich von 5pm-12pm, insbesondere 6,5pm-11µm, besitzen. Die Füllpartikel in dem Glob Top 170 können das Laserlicht streuen und somit verhindern, dass das Laserlicht den Erfassungsbereich beschädigt.
  • In 2I sind die Halbleitersensorbauelemente 200 durch Schneiden des Verbundsubstrats 210 entlang Sägestraßen vereinzelt.
  • 3, die die 3A-3D umfasst, zeigt ein weiteres Beispiel eines beispielhaften Verfahrens zum Herstellen eines Halbleitersensorbauelements 300 gemäß der Offenbarung. Das Halbleitersensorbauelement 300 kann mit den Halbleitersensorbauelementen 100 und 200 mit Ausnahme der unten beschriebenen Unterschiede identisch sein. Ähnliche Bezugszahlen bezeichnen ähnliche Teile.
  • 3A zeigt ein Verbundsubstrat 210 mit Halbleiterelementen 120, die an dem Verbundsubstrat befestigt und elektrisch an das Verbundsubstrat gekoppelt sind, und einem Glob Top 170, das auf den Halbleiterelementen angeordnet ist, wie bezüglich der 2A-2C beschrieben. Weiterhin ist die die zweite Hauptfläche des Verbundsubstrats bedeckende Abdeckung 230 wie bezüglich 2E beschrieben vorgesehen.
  • Wie in 3B gezeigt, ist die dielektrische Beschichtung 140 über der ersten Hauptfläche 112 des Substrats, dem Halbleiterelement 120, den Bonddrähten 150 und dem Glob Top 140 abgeschieden.
  • Wie in 3C gezeigt, ist der Deckel 130 wie bezüglich 2D beschrieben befestigt. Die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 kann lokal entfernt werden (beispielsweise unter Verwendung eines Lasers, wie bezüglich 6 beschrieben), um den Deckel 130 zu befestigen, oder der Deckel kann auf der aufgedampften dielektrischen Beschichtung 140 befestigt werden, wie weiter oben beschrieben. Da der Deckel 130 vorgesehen wird, nachdem die dielektrische Beschichtung 140 abgeschieden worden ist, wird der Deckel 130 nicht durch die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 bedeckt. Der Deckel 130 kann deshalb seine eigene Beschichtung umfassen oder er kann aus einem Material, das korrosionsresistent ist, bestehen.
  • Wie in 3D gezeigt, können die Halbleitersensorbauelemente 300 durch Schneiden des Verbundsubstrats 230, wie bezüglich 2I beschrieben, vereinzelt werden.
  • 4, die die 4A und 4B umfasst, zeigt zwei weitere Beispiele von Halbleitersensorbauelementen 400 und 450 gemäß der Offenbarung. Die Halbleitersensorbauelemente 400 und 450 können mit Ausnahme der unten beschriebenen Differenzen mit einem beliebigen der Halbleitersensorbauelemente 100, 200 oder 300 identisch sein.
  • 4A zeigt, dass das Halbleitersensorbauelement 400 einen weiteren Halbleiter-Die 410 umfasst, der Seite an Seite mit dem Halbleiterelement 120 angeordnet ist. Der weitere Halbleiter-Die 410 kann ein Steuer-Die sein, der konfiguriert ist zum Steuern des Halbleiter(sensor)elements 120.
  • Das in 4B gezeigte Halbleitersensorbauelement 450 besitzt eine andere Anordnung aus dem Halbleiterelement 120 und dem weiteren Halbleiter-Die 410. Das Halbleiterelement 120 ist auf dem weiteren Die 410 gestapelt.
  • In beiden Halbleitersensorbauelementen 400, 450 ist der weitere Halbleiter-Die 410 durch die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 bedeckt. Der Deckel 130 der Halbleitersensorbauelemente 400, 450 kann durch die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 bedeckt oder nicht bedeckt sein, wie in 2 bzw. 3 beschrieben.
  • 5 zeigt das durch die Abdeckung 230 bedeckte Verbundsubstrat 210. Ein Verriegelungsmechanismus kann verwendet werden, um die Abdeckung 230 an das Verbundsubstrat 210 zu koppeln (zu drücken). Der Verriegelungsmechanismus kann einen Träger 510 umfassen, der im Wesentlichen unter der Abdeckung 230 angeordnet ist, und Klemmen 520, die konfiguriert sind zum mechanischen Verbinden mit dem Verbundsubstrat 210. Ein derartiger Verriegelungsmechanismus kann besonders in dem Fall nützlich sein, dass eine weiche Maske (Silikonmaske) als Abdeckung 230 verwendet wird.
  • 6 zeigt ein weiteres Beispiel eines Halbleitersensorbauelements 600 gemäß der Offenbarung. Das Halbleitersensorbauelement 600 kann mit Ausnahme der unten beschriebenen Unterschiede mit einem beliebigen der Halbleitersensorbauelemente 100, 200, 300, 400 oder 450 identisch sein.
  • Die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 des Halbleitersensorbauelements 600 bedeckt die zweite Hauptfläche 114 des Substrats 110 mindestens teilweise. Gemäß einem Beispiel bedeckt die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 auch die Seitenflächen 116 des Substrats 110 (dies ist in 6 gezeigt). Gemäß einem weiteren Beispiel sind die Seitenflächen 116 frei von der aufgedampften dielektrischen Beschichtung 140. Gemäß einem Beispiel bedeckt die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 teilweise die zweite Hauptfläche 114, so dass die elektrischen Kontakte 118 exponiert sind.
  • Gemäß einem Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen des Halbleitersensorbauelements 600 wird die dielektrische Beschichtung 140 über der zweiten Hauptfläche 114 aufgedampft und danach wird die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 lokal entfernt, beispielsweise über den elektrischen Kontakten 118. Das lokale Entfernen der aufgedampften dielektrischen Beschichtung 140 kann beispielsweise das Verwenden eines Lasers 620 zum Erzeugen von Öffnungen 610 in der aufgedampften dielektrischen Beschichtung 140 umfassen. Gemäß einem Beispiel kann ein CO2-Laser zum Herstellen der Öffnungen 610 verwendet werden. Gemäß einem Beispiel kann der gleiche Laser zum Herstellen der Öffnung 142 über dem Erfassungsbereich 122 (vergleiche z.B. 1) und der Öffnungen 610 verwendet werden.
  • Ein Beispiel für ein Verfahren zum Herstellen des Halbleitersensorbauelements 600 kann mit Ausnahme dessen, dass keine Abdeckung 230 vorgesehen ist, die die zweite Hauptfläche 114 bedeckt, mit bezüglich der 2 und 3 beschriebenen Verfahren identisch sein. Stattdessen wird die aufgedampfte dielektrische Beschichtung 140 an der zweiten Hauptfläche 114 lokal entfernt, wie oben beschrieben.
  • Bezüglich der durch die oben beschriebenen Komponenten oder Strukturen (Baugruppen, Bauelemente, Schaltungen, Systeme usw.) durchgeführten verschiedenen Funktionen sollen die zum Beschreiben solcher Komponenten verwendeten Ausdrücke (einschließlich einer Bezugnahme auf ein „Mittel“), sofern nicht etwas anderes angegeben ist, insbesondere einer beliebigen Komponente oder Struktur entsprechen, die die spezifizierte Funktion der beschriebenen Komponente durchführt (die z.B. funktional äquivalent ist), wenngleich nicht strukturell äquivalent mit der offenbarten Struktur, die die Funktion in den hierin dargestellten beispielhaften Implementierungen der Offenbarung durchführt.

Claims (19)

  1. Halbleitersensorbauelement (100), aufweisend: ein Substrat (110) aufweisend eine erste Hauptfläche (112) und eine zweite Hauptfläche (114) gegenüber der ersten Hauptfläche, ein Halbleiterelement (120) aufweisend einen Erfassungsbereich (122), wobei das Halbleiterelement (120) auf der ersten Hauptfläche (112) des Substrats (110) angeordnet und elektrisch an das Substrat (110) gekoppelt ist, einen Deckel (130), der auf der ersten Hauptfläche (112) des Substrats (110) angeordnet ist und einen Hohlraum (160) ausbildet, wobei das Halbleiterelement (120) in dem Hohlraum (160) angeordnet ist, eine aufgedampfte dielektrische Beschichtung (140), die das Halbleiterelement (120) und die erste Hauptfläche (112) des Substrats (110) bedeckt, wobei die aufgedampfte dielektrische Beschichtung (140) eine Öffnung (142) über dem Erfassungsbereich (122) besitzt, wobei die zweite Hauptfläche (114) des Substrats (110) von der aufgedampften dielektrischen Schicht (140) mindestens teilweise frei ist, und ein Glob Top (170), über dem Erfassungsbereich (122) angeordnet, wobei das Glob Top (170) von der aufgedampften dielektrischen Beschichtung (140) an der Öffnung (142) mindestens teilweise exponiert ist.
  2. Halbleitersensorbauelement (100) nach Anspruch 1, wobei die aufgedampfte dielektrische Beschichtung (140) auch den Deckel (130) bedeckt.
  3. Halbleitersensorbauelement (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die aufgedampfte dielektrische Beschichtung (140) eine Dicke im Bereich von 500nm-70pm besitzt.
  4. Halbleitersensorbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die aufgedampfte dielektrische Beschichtung (140) Parylen aufweist oder daraus besteht.
  5. Halbleitersensorbauelement (100) nach Anspruch 1, wobei das Glob Top (170) Füllpartikel aufweist, wobei die Füllpartikel konfiguriert sind zum Streuen von Licht mit einer Wellenlänge im Bereich von einem oder mehreren von 180nm-300nm und 5pm-12pm.
  6. Halbleitersensorbauelement (100) nach Anspruch 5, wobei die Füllpartikel CaCO3 aufweisen oder daraus bestehen.
  7. Halbleitersensorbauelement (100) nach einem der Ansprüche 1, 5 oder 6, wobei der Hohlraum (160) von etwaigem dielektrischem Padding frei ist oder von etwaigem dielektrischem Material frei ist abgesehen von der aufgedampften dielektrischen Beschichtung (140) und dem Glob Top (170).
  8. Halbleitersensorbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Deckel (130) aus Metall oder einer Metalllegierung besteht.
  9. Halbleitersensorbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Deckel (130) derart auf der ersten Hauptfläche (112) des Substrats (110) angeordnet ist, dass der Deckel (130) auf die aufgedampfte dielektrische Beschichtung (140) geklebt ist.
  10. Halbleitersensorbauelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Deckel (130) direkt an der ersten Hauptfläche (112) des Substrats (110) befestigt ist.
  11. Halbleitersensorbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (110) ferner die erste und zweite Hauptfläche (112, 114) verbindende Seitenflächen (116) aufweist und wobei die Seitenflächen (116) von der aufgedampften dielektrischen Beschichtung (140) frei sind.
  12. Halbleitersensorbauelement (400, 450) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: einen weiteren Halbleiter-Die (410), der in dem Hohlraum (160) angeordnet ist, wobei der weitere Halbleiter-Die (410) von der aufgedampften dielektrischen Beschichtung (140) bedeckt ist.
  13. Halbleitersensorbauelement (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Hauptfläche (114) des Substrats (110) vollständig frei von der aufgedampften dielektrischen Beschichtung (140) ist.
  14. Halbleitersensorbauelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Substrat (110) elektrische Kontakte (118) aufweist, wobei das Halbleiterelement (120) elektrisch an die elektrischen Kontakte (118) gekoppelt ist und wobei die zweite Hauptfläche (114) des Substrats (110) nur über den elektrischen Kontakten (118) von der aufgedampften dielektrischen Beschichtung (140) frei ist.
  15. Verfahren zum Herstellen eines Halbleitersensorbauelements (100), wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Substrats (110) aufweisend eine erste Hauptfläche (112) und eine zweite Hauptfläche (114) gegenüber der ersten Hauptfläche (112), Anordnen eines Halbleiterelements (120) aufweisend einen Erfassungsbereich (122) auf der ersten Hauptfläche (112) des Substrats (110) und elektrisches Koppeln des Halbleiterelements (120) an das Substrat (110), Anordnen eines Deckels (130) auf der ersten Hauptfläche (112) des Substrats (110), so dass der Deckel (130) einen Hohlraum (160) ausbildet, wobei das Halbleiterelement (120) in dem Hohlraum (160) angeordnet ist, Aufdampfen einer dielektrischen Beschichtung (140) über dem Halbleiterelement (120) und der ersten Hauptfläche (112) des Substrats (110), Herstellen einer Öffnung (142) in der dielektrischen Beschichtung (140) über dem Erfassungsbereich (122), wobei die zweite Hauptfläche (114) des Substrats (110) von der dielektrischen Beschichtung (140) mindestens teilweise frei ist, und Bereitstellen einer Abdeckung (230), die die zweite Hauptfläche (114) des Substrats (110) bedeckt, wobei das Bereitstellen der Abdeckung (230) das Laminieren einer Folie auf die zweite Hauptfläche (114) oder das Pressen der zweiten Hauptfläche (114) in eine weiche Maske aufweist, und wobei der Deckel (130) auf der ersten Hauptfläche (112) des Substrats (110) angeordnet wird, bevor die dielektrische Beschichtung (140) abgeschieden ist und die dielektrische Beschichtung (140) auch über dem Deckel (130) abgeschieden ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Deckel (130) auf der ersten Hauptfläche (112) des Substrats (110) angeordnet wird, nachdem die dielektrische Beschichtung (140) abgeschieden ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, ferner aufweisend: Entfernen der Abdeckung (230) von der zweiten Hauptfläche (114) des Substrats (110) nach dem Aufdampfen der dielektrischen Beschichtung (140).
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, ferner aufweisend: Verteilen eines Glob Top (170) über dem Erfassungsbereich (122), wobei die dielektrische Beschichtung (140) ebenfalls über dem Glob Top (170) aufgedampft ist.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, ferner aufweisend: Verwenden eines Lasers (620) zum lokalen Entfernen der dielektrischen Beschichtung (140) über einem oder mehreren des Erfassungsbereichs (122) und der zweiten Hauptfläche (114) des Substrats (110).
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