專利名稱：無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶圓級(jí)圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)。屬于半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是將外界光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并且所獲電信號(hào)經(jīng)過處理，可以最終成像的半導(dǎo)體器件。晶圓級(jí)圖像傳感器封裝是新型的圖像傳感器封裝方式，相比于傳統(tǒng)引線健合封裝相比，具有封裝尺寸小、價(jià)格便宜、且下游組裝時(shí)感光區(qū)不易受污染等優(yōu)點(diǎn)，正在受到越來越多的關(guān)注。由于圖像傳感器的芯片電極或芯片內(nèi)部金屬層與感光區(qū)均位于芯片正面，所以晶圓級(jí)封裝就需要將芯片正面留作感光窗口，而將芯片內(nèi)部金屬層從芯片正面重新分布到芯片背面，以實(shí)現(xiàn)與外界的互聯(lián)。實(shí)現(xiàn)這種正背面轉(zhuǎn)移可以通過硅通孔(Through Silicon Via)互聯(lián)方法。硅通孔互聯(lián)即在芯片背面的硅本體上利用干法刻蝕的方法形成硅通孔、硅通孔的直徑在IOOum左右，深度在IOOum左右。然后對(duì)裸露出硅包括本體及孔內(nèi)的硅進(jìn)行絕緣化處理，以及需要在孔底部開出互聯(lián)窗口以便后續(xù)填充金屬與芯片內(nèi)部金屬層形成接觸。接著需要在孔內(nèi)填充金屬，以及重新分布金屬線路層。這種晶圓級(jí)圖像傳感器封裝方式由于引入了硅通孔互聯(lián)， 使得封裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜；并且硅通孔互聯(lián)技術(shù)還不成熟，往往由于孔內(nèi)絕緣不好、互聯(lián)窗口不完整以及金屬填充不實(shí)的導(dǎo)致失效或可靠性不好，導(dǎo)致這類利用硅通孔互聯(lián)進(jìn)行的晶圓級(jí)圖像傳感器封裝存在工藝難度大、互聯(lián)可靠性低的問題。同時(shí)、硅通孔互聯(lián)工藝復(fù)雜性也導(dǎo)致采用該技術(shù)的晶圓級(jí)圖像傳感器封裝價(jià)格比較昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服當(dāng)前晶圓級(jí)圖像傳感器封裝方式的不足，提供具有結(jié)構(gòu)簡單、互聯(lián)可靠性好、工藝簡單、低成本的特點(diǎn)的無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，包括已經(jīng)設(shè)置有芯片內(nèi)部鈍化層、芯片內(nèi)部金屬層及感光區(qū)的芯片本體，在芯片本體的上表面設(shè)置隔離層，隔離層不覆蓋或者覆蓋于芯片感光區(qū)；在隔離層上設(shè)置透光蓋板，在隔離層不覆蓋于芯片感光區(qū)時(shí)，透光蓋板、隔離層及芯片本體之間形成空腔；在芯片本體上形成硅溝槽，且硅溝槽底部直接停止于芯片內(nèi)部鈍化層的下表面，使芯片內(nèi)部鈍化層下表面裸露出來；在芯片本體下表面、硅溝槽側(cè)壁及裸露出的芯片內(nèi)部鈍化層的下表面選擇性的設(shè)置絕緣層；在芯片內(nèi)部鈍化層上形成盲孔，且盲孔停止于芯片內(nèi)部金屬層表面；在絕緣層表面及盲孔內(nèi)選擇性的形成金屬線路層；在絕緣層及金屬線路層上選擇性的設(shè)置線路保護(hù)層； 在金屬線路層露出線路保護(hù)層的地方設(shè)置焊球。本發(fā)明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，所述絕緣層在需要互聯(lián)處的預(yù)留開口。本發(fā)明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，所述互聯(lián)處的預(yù)留開口與盲孔重合。
本發(fā)明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，所述互聯(lián)處的預(yù)留開口尺寸大于盲孔尺寸。本發(fā)明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，所述隔離層覆蓋感光區(qū)時(shí)，隔離層選用透光材料。本發(fā)明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，所述芯片內(nèi)部鈍化層及芯片內(nèi)部金屬層是多層，該封裝結(jié)構(gòu)中盲孔形成于第一層芯片內(nèi)部鈍化層、并停止于與第一芯片內(nèi)部鈍化層相鄰的芯片內(nèi)部金屬層上。本發(fā)明的有益效果是
1、通過形成硅溝槽并停止于芯片內(nèi)部鈍化層的表面，然后通過形成絕緣層、盲孔及孔內(nèi)填充布線的方法實(shí)現(xiàn)芯片電信號(hào)從芯片正面轉(zhuǎn)移到芯片背面；與硅通孔互聯(lián)相比，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單；而且由于形成的溝槽底部尺寸較大且芯片內(nèi)部鈍化層厚度較薄，后續(xù)的盲孔及孔內(nèi)填充布線工藝難度減小，避免了由于硅通孔內(nèi)金屬填充不實(shí)造成可靠性不良的問題。2、絕緣層包括其開口通過光刻的方法形成，絕緣層附著表面相對(duì)平坦，工藝比較簡單；而硅通孔互聯(lián)由于硅的非絕緣性需要在硅孔內(nèi)部形成絕緣，并形成開口，工藝比較復(fù)
ο3、由于避免采用硅通孔互聯(lián)技術(shù)，封裝工藝簡化，封裝成本降低。


圖1為本發(fā)明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)的切面示意圖，圖示隔離層 5沒有覆蓋于感光區(qū)4，從而形成空腔7。圖2為本發(fā)明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)的切面示意圖，圖示中隔離層5覆蓋于感光區(qū)4。圖3為本發(fā)明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)的切面示意圖，圖示中絕緣層開口與盲孔重合。圖4為本發(fā)明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)的切面示意圖，圖示中絕緣層開口尺寸大于盲孔。圖中附圖標(biāo)記
芯片本體1、芯片內(nèi)部鈍化層2、芯片內(nèi)部金屬層3、感光區(qū)4、隔離層5、透光蓋板6、空腔7、硅溝槽8、絕緣層9、盲孔10、金屬線路層11、線路保護(hù)層12、焊球13。
具體實(shí)施例方式參見圖1，圖1為本發(fā)明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)(帶空腔型)的切面示意圖。由圖1可以看出，本發(fā)明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，包括已經(jīng)設(shè)置有芯片內(nèi)部鈍化層2、芯片內(nèi)部金屬層3及感光區(qū)4的芯片本體1，芯片內(nèi)部鈍化層、芯片內(nèi)部金屬層及感光區(qū)均是圖像傳感器芯片本身具有的結(jié)構(gòu)，不屬于本發(fā)明專利涉及的封裝范疇。在芯片本體1的上表面設(shè)置隔離層5，隔離層5不覆蓋芯片感光區(qū)4。在隔離層5上設(shè)置透光蓋板6。透光蓋板6、隔離層5及芯片本體1之間形成空腔7。在芯片本體1上形成硅溝槽8，且硅溝槽8底部直接停止于芯片內(nèi)部鈍化層2的下表面，使芯片內(nèi)部鈍化層2下表面裸露出來。取決于芯片本身結(jié)構(gòu)、芯片內(nèi)部鈍化層厚度通常小于5μπι。在芯片本體1
4下表面、硅溝槽8側(cè)壁及裸露出的芯片內(nèi)部鈍化層2的下表面選擇性的設(shè)置絕緣層9。在芯片內(nèi)部鈍化層2和芯片內(nèi)部金屬層3上形成盲孔10，且盲孔10停止于隔離層5內(nèi)部。由于圖像傳感器的芯片內(nèi)部鈍化層及芯片內(nèi)部金屬層通常是多層，可選的該封裝結(jié)構(gòu)中盲孔 10形成于第一層芯片內(nèi)部鈍化層、并停止于與第一芯片內(nèi)部鈍化層相鄰的芯片內(nèi)部金屬層上。在絕緣層9表面及盲孔10內(nèi)選擇性的形成金屬線路層11，從而將芯片的電氣信號(hào)從芯片內(nèi)部金屬層重新分布到芯片背面。在絕緣層9及金屬線路層11上選擇性的設(shè)置線路保護(hù)層12。在金屬線路層11露出線路保護(hù)層12的地方設(shè)置焊球13。所述絕緣層9在需要互聯(lián)處的預(yù)留開口。圖2為本發(fā)明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)(不帶空腔型)的切面示意圖。相比于圖1，圖2的區(qū)別是隔離層5覆蓋于感光區(qū)4，從而不形成空腔7。隔離層5覆蓋感光區(qū)4時(shí)，優(yōu)選的，隔離層5選用透光材料，透光蓋板是光學(xué)玻璃。整個(gè)封裝的起點(diǎn)為由集成了芯片內(nèi)部鈍化層2、芯片內(nèi)部金屬層3及感光區(qū)4的芯片本體1組成的晶圓，通過下列過程得到無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)
1)、通過涂覆、曝光、顯影、固化或者單純涂覆工藝在透光蓋板表面形成隔離層；
2)、通過健合的方法、使隔離層與芯片本體結(jié)合起來；優(yōu)選的健合前在隔離墻上涂覆膠水，形成或增加健合后隔離層與晶圓之間的結(jié)合力；
3)、通過晶圓片磨片及應(yīng)力層去除的方法得到芯片本體的目標(biāo)厚度；
4)、通過光刻結(jié)合硅刻蝕的方法形成硅溝槽；
5)、通過光刻的方法形成絕緣層；
6)、通過利用絕緣層開口直接進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕，或者先光刻形成開口、然后進(jìn)行反應(yīng)離子刻蝕、最后再去除光刻膠的方法形成盲孔；
7)、通過濺射、光刻、電鍍或化學(xué)鍍的方法形成金屬線路層；
8)、通過光刻的方法形成線路保護(hù)層；
9)、通過放置焊球或印刷焊料，然后回流的方法形成焊球。參見圖3，圖3為本發(fā)明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)的切面示意圖，圖示中絕緣層開口與盲孔重合。參見圖4，圖4為本發(fā)明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)的切面示意圖，圖示中絕緣層開口尺寸大于盲孔。
權(quán)利要求
1.一種無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，包括已經(jīng)設(shè)置有芯片內(nèi)部鈍化層 (2)、芯片內(nèi)部金屬層(3)及感光區(qū)(4)的芯片本體(1)，其特征在于在芯片本體(1)的上表面設(shè)置隔離層(5)，隔離層(5)不覆蓋或者覆蓋于芯片感光區(qū)(4);在隔離層(5)上設(shè)置透光蓋板(6)，在隔離層(5)不覆蓋于芯片感光區(qū)(4)時(shí)，透光蓋板6、隔離層5及芯片本體1之間形成空腔7;在芯片本體(1)上形成硅溝槽(8)，且硅溝槽(8)底部直接停止于芯片內(nèi)部鈍化層(2)的下表面，使芯片內(nèi)部鈍化層(2)下表面裸露出來；在芯片本體(1)下表面、硅溝槽 (8)側(cè)壁及裸露出的芯片內(nèi)部鈍化層(2)的下表面選擇性的設(shè)置絕緣層(9);在芯片內(nèi)部鈍化層(2)上形成盲孔(10)，且盲孔(10)停止于芯片內(nèi)部金屬層(3)表面；在絕緣層(9)表面及盲孔(10)內(nèi)選擇性的形成金屬線路層(11)；在絕緣層(9)及金屬線路層(11)上選擇性的設(shè)置線路保護(hù)層(12)；在金屬線路層(11)露出線路保護(hù)層(12)的地方設(shè)置焊球(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述絕緣層(9)在需要互聯(lián)處的預(yù)留開口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述互聯(lián)處的預(yù)留開口與盲孔(10)重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述互聯(lián)處的預(yù)留開口尺寸大于盲孔(10)尺寸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述隔離層(5)覆蓋感光區(qū)(4)時(shí)，隔離層(5)選用透光材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)， 其特征在于所述芯片內(nèi)部鈍化層(2)及芯片內(nèi)部金屬層(3)是多層，該封裝結(jié)構(gòu)中盲孔 (10)形成于第一層芯片內(nèi)部鈍化層、并停止于與第一芯片內(nèi)部鈍化層相鄰的芯片內(nèi)部金屬層上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括芯片本體(1)，在芯片本體的上表面設(shè)置隔離層(5)，在隔離層上設(shè)置透光蓋板(6)；在芯片本體上形成硅溝槽(8)；在芯片本體下表面、硅溝槽(8)側(cè)壁及裸露出的芯片內(nèi)部鈍化層(2)的下表面選擇性的設(shè)置絕緣層(9)；在芯片內(nèi)部鈍化層(2)上形成盲孔(10)；在絕緣層(9)表面及盲孔(10)內(nèi)選擇性的形成金屬線路層(11)；在絕緣層(9)及金屬線路層(11)上選擇性的設(shè)置線路保護(hù)層(12)；在金屬線路層(11)露出線路保護(hù)層(12)的地方設(shè)置焊球(13)本發(fā)明提供了具有結(jié)構(gòu)簡單、互聯(lián)可靠性好、工藝簡單、低成本的特點(diǎn)的無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102339841SQ20111029471
公開日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月8日
發(fā)明者張黎, 段珍珍, 賴志明, 陳棟, 陳錦輝 申請(qǐng)人:江陰長電先進(jìn)封裝有限公司