具有集成光学器件的光学感测装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及具有集成光学器件的光学感测装置及其制造方法。本发明专利技术提供通信系统、感测装置及半导体装置以及其它。所述所揭示感测装置的一个实例包含：半导体裸片，其具有光电检测器；光学元件，其光学地耦合到所述光电检测器且安置于所述光电检测器上；至少一个支撑结构，其基本上环绕所述光学元件；及顶部金属部分，其安置于所述半导体裸片上、与所述光学元件及所述至少一个支撑结构邻近但间隔开。

Optical sensing device with integrated optical device and manufacturing method thereof

The invention relates to an optical sensing device with integrated optical devices and a manufacturing method thereof. The invention provides a communication system, a sensing device, a semiconductor device and others. An example of the revealed sensing device includes a semiconductor bare piece with a photodetector; an optical element that is optically coupled to the photodetector and placed on the photodetector; at least one supporting structure is basically surrounded by the optical element; and a top metal part is placed in the device. The semiconductor die is adjacent to the optical element and the at least one supporting structure but spaced apart.

【技术实现步骤摘要】
具有集成光学器件的光学感测装置及其制造方法
本专利技术大体来说针对光学装置及采用光学装置的光学系统。
技术介绍
半导体光电检测器(例如P-I-N二极管光电检测器)需要针对特定应用的低电容。对低电容的需要提出了小孔隙大小的要求。举例来说，如果光电检测器的电容需要低于100fF，通常对应孔隙大小的直径将大约30um或低于30um。需要小的光检测区域给光学对准及光学容差–尤其是利用光纤的光学通信系统带来了挑战。
技术实现思路
本专利技术的一方面涉及用于检测光的感测装置。所述感测装置包括：半导体裸片，其具有光电检测器，其中所述光电检测器包含位于所述半导体裸片的表面上的暴露区域；基本上透明材料，其耦合到所述光电检测器且安置于所述光电检测器上，其中所述基本上透明材料提供光导引功能且由支撑结构物理地支撑，其中所述基本上透明材料将入射于所述基本上透明材料的光接收表面上的光朝向所述光电检测器的所述暴露区域引导，且其中所述支撑结构至少部分地叠盖所述半导体裸片的除了所述光电检测器之外的区域；及顶部金属垫，其安置于所述半导体裸片上、与所述基本上透明材料邻近但间隔开。在本专利技术的另一方面中，一种光学系统包括：光学感测装置，其经配置以将光信号转换成电信号，所述光学感测装置包括：衬底，其上设置有光检测区域，所述光检测区域具有与所述衬底的顶部表面重合的顶部表面；光导引系统，其包含光学元件及支撑结构，其中所述光学元件经配置以将所述光信号载运到所述光检测区域，且其中所述支撑结构物理地支撑所述光学元件且至少部分地定位于所述光检测区域之外；及顶部金属垫，其安置于所述衬底的所述顶部表面上、与所述光导引系统邻近但间隔开。在本专利技术的又一方面中，一种光学感测系统包括：半导体裸片，其具有顶部表面，其中光电检测器设置于所述半导体裸片上且具有与所述半导体裸片的所述顶部表面基本上共面的光接收表面；光学元件，其被定位成相对于所述光电检测器基本上同轴，其中所述光学元件包括顶部表面及相对的底部表面，所述底部表面定位成接近于所述光电检测器，其中入射于所述光学元件的所述顶部表面上的光被导引到所述光学元件的所述底部表面，使得所述光可被提供到所述光电检测器，且其中所述光学元件的所述顶部表面包括比所述光学元件的所述底部表面大的面积；一或多个支撑结构，其由所述半导体裸片的所述顶部表面或形成于所述半导体裸片的所述顶部表面上的金属迹线物理地支撑，其中所述一或多个支撑结构被定位成超出所述光电检测器且为所述光学元件提供结构支撑；及金属垫，其形成于所述半导体裸片的所述顶部表面上，其中所述金属垫与所述光学元件间隔开。附图说明结合附图描述本专利技术：图1A是描绘根据本专利技术的至少一些实施例的光学通信系统的框图；图1B是描绘根据本专利技术的至少一些实施例的光学感测系统的框图；图2是描绘根据本专利技术的至少一些实施例的说明性光学感测装置的框图；图3A是根据本专利技术的至少一些实施例的光学感测装置的等距视图；图3B是图3A的光学感测装置的横截面等距视图；图4是图3A的光学感测装置的详细横截面图；图5A是根据本专利技术的至少一些实施例的第一制造步骤处的光学感测装置的等距视图；图5B是根据本专利技术的至少一些实施例的第二制造步骤处的光学感测装置的等距视图；图5C是根据本专利技术的至少一些实施例的第三制造步骤处的光学感测装置的等距视图；图5D是与图5C中所描绘的光学感测装置搭配使用的第一说明性光导引系统的等距视图；图5E是与图5C中所描绘的光学感测装置搭配使用的第二说明性光导引系统的等距视图；图6A是根据本专利技术的至少一些实施例的另一说明性光学感测装置的等距视图；图6B是根据本专利技术的至少一些实施例的芯片级制造期间的光学感测装置阵列的等距视图；图7是描绘制造根据本专利技术的至少一些实施例的光学感测装置的第一方法中所使用的一系列步骤的流程图；图8是描绘制造根据本专利技术的至少一些实施例的光学感测装置的第二方法中所使用的一系列步骤的流程图；图9是描绘制造根据本专利技术的至少一些实施例的光学感测装置的第三方法中所使用的一系列步骤的流程图；且图10是描绘根据本专利技术的至少一些实施例的另一光学感测装置的框图。具体实施方式本文中将参考示意性地图解说明理想化配置的图式描述本专利技术的各个方面。如此，将预期由(例如)制造技术及/或容差所致的图解说明的形状的变化。因此，本文件通篇所呈现的本专利技术的各个方面不应被解释为限于本文中所图解说明及描述的元件(例如，区、组件、层、区段、衬底等)的特殊形状，而是包含(举例来说)由制造所致的形状偏差。举例来说，经图解说明为或描述为矩形的元件可具有圆形的或弯曲的特征及/或在其边缘处局具有梯度集中而非从一个元件另一元件的离散改变-但一些特征或元件也可展现离散改变。因此，图式中所图解说明的元件本质上是示意性的且其形状并不打算限制于元件的精确形状，且并不打算限制本专利技术的范围。应理解，当元件(例如区、组件、层、区段、衬底等)被称为“位于另一元件上”时，其可直接位于其它元件上或也可存在介入元件。相比之下，当元件被称为“直接位于”另一元件上时，不存在介入元件。还应理解，当元件被称为“形成”或“建立”于另一元件上，其可生长、沉积、蚀刻、附接、连接、耦合或以其它方式被制备或制作于其它元件或介入元件上。此外，相对术语(例如“下部”或“底部”及“上部”或“顶部”)在本文中可用于描述如图式中所图解说明的一个元件与另一元件的关系。应理解，除了图式中所描绘的定向以外，相对术语还打算囊括设备的不同定向。举例来说，如果将图式中的设备翻转，那么被描述为位于其它元件的“下部”侧的元件将被定向成位于其它元件的“上部”侧。因此，术语“下部”可取决于设备的特殊定向而囊括“下部”及“上部”两个定向。类似地，如果将图式中的设备翻转，那么被描述为位于其它元件“下方”或“下面”元件将被定向成位于其它元件“上方”。因此，术语“下方”或“下面”可囊括上方及下方两个定向。除非另有定义，否则本文中所使用的所有术语(包括技术术语及科学术语)具有与本专利技术所属的
的技术人员所理解的相同含义。还应理解，术语(例如常用词典中所定义的术语)应被解释为具有与其在相关技术及本专利技术的上下文中相一致的含义。如本文中所使用，单数形式“一(a、an)”及“该(the)”打算还包含复数形式，除非上下文另有明确指示。还应理解，当在本说明书中使用时，术语“包括(comprise、comprises、comprising)”规定存在所陈述特征、整数、步骤、操作、元件及/或组件，但并不排除存在或添加一或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件及/或其群组。术语“及/或”包含所列举的相关联物项中的一或多者的任何及所有组合。鉴于现有技术的上述缺点预期本文中所揭示的特征。特定来说，提出解决方案以提供具有由支撑结构支撑的光学元件的光学感测装置，支撑结构可与光学元件分离或与光学元件构成整体。本专利技术的一个方面是利用原本支撑光学元件且补偿光学元件的无能力的支撑结构来可靠地支撑自身。在一些实施例中，在晶片级下制造光学元件及支撑结构。如此，光学元件及支撑结构可作为微机械元件被制造于具有光敏区域的半导体芯片上。现在参考图1到10，将描述光学感测装置、其中可利用光学感测装置的系统的各种配置及用于制造光学感测装置的方法。应理解，各种制造方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于检测光的感测装置，所述感测装置包括：半导体裸片，其具有光电检测器，其中所述光电检测器包含位于所述半导体裸片的表面上的暴露区域；基本上透明材料，其耦合到所述光电检测器且安置于所述光电检测器上，其中所述基本上透明材料提供光导引功能且由支撑结构物理地支撑，其中所述基本上透明材料将入射于所述基本上透明材料的光接收表面上的光朝向所述光电检测器的所述暴露区域引导，且其中所述支撑结构至少部分地叠盖所述半导体裸片的除了所述光电检测器之外的区域；及顶部金属垫，其安置于所述半导体裸片上、与所述基本上透明材料邻近但间隔开。

【技术特征摘要】
2016.12.23 US 15/389,9341.一种用于检测光的感测装置，所述感测装置包括：半导体裸片，其具有光电检测器，其中所述光电检测器包含位于所述半导体裸片的表面上的暴露区域；基本上透明材料，其耦合到所述光电检测器且安置于所述光电检测器上，其中所述基本上透明材料提供光导引功能且由支撑结构物理地支撑，其中所述基本上透明材料将入射于所述基本上透明材料的光接收表面上的光朝向所述光电检测器的所述暴露区域引导，且其中所述支撑结构至少部分地叠盖所述半导体裸片的除了所述光电检测器之外的区域；及顶部金属垫，其安置于所述半导体裸片上、与所述基本上透明材料邻近但间隔开。2.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述基本上透明材料的所述光接收表面包括顶部表面。3.根据权利要求2所述的感测装置，其中所述顶部表面将入射于其上的光朝向所述光电检测器引导。4.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述支撑结构是所述基本上透明材料的整体部分。5.根据权利要求4所述的感测装置，其中所述支撑结构对应于所述基本上透明材料的与环绕所述暴露区域的金属迹线介接的外部分。6.根据权利要求4所述的感测装置，其中传播穿过所述支撑结构的光被引导超出所述暴露区域。7.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述支撑结构与所述基本上透明材料分离。8.根据权利要求7所述的感测装置，其中所述支撑结构包括多个支撑结构，所述多个支撑结构环绕所述基本上透明材料且与所述基本上透明材料在所述基本上透明材料的所述光接收表面处的部分介接。9.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述基本上透明材料包括成形为倒置经截顶圆锥体的光导引件。10.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述基本上透明材料的所述光接收表面的直径大于所述基本上透明材料的与所述光电检测器介接的底部表面的直径。11.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述半导体裸片包括定位于所述基本上透明材料与所述光电检测器之间的电介质层。12.根据权利要求1所述的感测装置，其中所述基本上透明材料及所述支撑结构包括光敏材料。13.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·H·谷，R·默蒂，C·K·贾，
申请(专利权)人：安华高科技通用IP新加坡公司，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG