用于cis倒裝芯片接合的互連結(jié)構(gòu)及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了用于CIS倒裝芯片接合的互連結(jié)構(gòu)及其形成方法，其中一種器件包括位于圖像傳感器芯片表面的金屬焊盤(pán)，其中圖像傳感器芯片包括圖像傳感器。柱狀凸塊設(shè)置在金屬焊盤(pán)上方并且電連接至金屬焊盤(pán)。柱狀凸塊包括凸塊區(qū)域和連接至凸塊區(qū)域的尾部區(qū)域。尾部區(qū)域包括基本垂直于金屬焊盤(pán)的頂面的金屬線部分。尾部區(qū)域足夠短以支撐其自身來(lái)對(duì)抗地心引力。
【專利說(shuō)明】用于CIS倒裝芯片接合的互連結(jié)構(gòu)及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及用于CIS倒裝芯片接合的互連結(jié)構(gòu)及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]背照式(BSI)圖像傳感器芯片正在取代前照式傳感器芯片，因?yàn)槠湓诓蹲焦庾臃矫娓佑行?。在BSI圖像傳感器芯片的形成中，圖像傳感器和邏輯電路形成在晶圓的硅襯底上，然后在硅芯片的前側(cè)形成互連結(jié)構(gòu)。
[0003]BSI芯片用于各種電氣設(shè)備應(yīng)用，其中BSI芯片接合至陶瓷襯底。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種器件，包括:金屬焊盤(pán)，位于圖像傳感器芯片的表面，圖像傳感器芯片包括圖像傳感器；柱狀凸塊，位于金屬焊盤(pán)上方并且電連接至金屬焊盤(pán)，柱狀凸塊包括凸塊區(qū)域和連接至凸塊區(qū)域的尾部區(qū)域，其中尾部區(qū)域包括基本垂直于金屬焊盤(pán)的頂面的金屬線部分，尾部區(qū)域足夠短以支持其自身來(lái)對(duì)抗地心引力。
[0005]優(yōu)選地，該器件還包括位于金屬焊盤(pán)上方和柱狀凸塊下方的焊料層。
[0006]優(yōu)選地，該器件還包括接合至圖像傳感器芯片的襯底，襯底包括接觸柱狀凸塊的尾部區(qū)域的電連接件。
[0007]優(yōu)選地，襯底的電連接件包括接觸柱狀凸塊的尾部區(qū)域的焊料層。
[0008]優(yōu)選地，襯底包括窗，并且圖像傳感器芯片的圖像傳感器與窗對(duì)齊。
[0009]優(yōu)選地，金屬焊盤(pán)包括作為金屬焊盤(pán)的頂部的金屬飾面。
[0010]優(yōu)選地，金屬線部分基本是直的，并且長(zhǎng)度方向垂直于金屬焊盤(pán)的頂面。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種器件，包括:圖像傳感器芯片，包括半導(dǎo)體襯底、位于半導(dǎo)體襯底的前側(cè)的圖像傳感器和位于半導(dǎo)體襯底的背側(cè)的金屬焊盤(pán)；焊料層，位于金屬焊盤(pán)上方；以及柱狀凸塊，位于焊料層上方并且通過(guò)焊料層電耦合至金屬焊盤(pán)，柱狀凸塊包括凸塊區(qū)域和附接至凸塊區(qū)域的尾部區(qū)域，尾部區(qū)域包括具有基本均勻的尺寸的金屬線部分。
[0012]優(yōu)選地，金屬線部分的高度在大約20 μ m至大約170 μ m之間。
[0013]優(yōu)選地，金屬線部分基本垂直于金屬焊盤(pán)的頂面，并且足夠短以支撐其自身對(duì)抗地心引力。
[0014]優(yōu)選地，凸塊區(qū)域與焊料層接觸，并且尾部區(qū)域的第一端接觸凸塊區(qū)域，尾部區(qū)域的第二端不接觸附加傳導(dǎo)部件。
[0015]優(yōu)選地，該器件還包括通過(guò)倒裝芯片接合與圖像傳感器芯片接合的襯底，其中，襯底包括與柱狀凸塊的尾部區(qū)域接觸的電連接件。
[0016]優(yōu)選地，襯底的所述電連接件包括與柱狀凸塊的尾部區(qū)域接觸的焊料層。
[0017]優(yōu)選地，襯底包括窗，并且圖像傳感器芯片的圖像傳感器與窗對(duì)齊。[0018]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種方法包括:在圖像傳感器芯片的金屬焊盤(pán)上形成焊料層，圖像傳感器芯片包括圖像傳感器；將金屬線接合在焊料層上；以及切割金屬線以在焊料層上形成柱狀凸塊，其中，柱狀凸塊包括凸塊區(qū)域和連接至凸塊區(qū)域的尾部區(qū)域，尾部區(qū)域足夠短以支撐其自身對(duì)抗地心引力。
[0019]優(yōu)選地，在切割步驟之后，尾部區(qū)域的長(zhǎng)度方向垂直于金屬焊盤(pán)的頂面。
[0020]優(yōu)選地，該方法還包括:在形成柱狀凸塊的步驟之后，通過(guò)倒裝芯片接合將圖像傳感器芯片接合至襯底，柱狀凸塊的尾部區(qū)域與襯底的電連接件接觸。
[0021]優(yōu)選地，襯底的電連接件還包括附加焊料層，并且在接合步驟期間，尾部區(qū)域與附加焊料層相接觸并且被加熱到不足以熔化附加焊料層的溫度。
[0022]優(yōu)選地，金屬焊盤(pán)包括位于含鋁焊盤(pán)上的金屬飾面，并且焊料層形成在金屬飾面上。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]為了更完整地理解實(shí)施例及其優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在接合附圖進(jìn)行以下描述，其中:
[0024]圖1至圖4是根據(jù)示例性實(shí)施例的封裝圖像傳感器芯片的中間階段的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]以下詳細(xì)討論本公開(kāi)實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，實(shí)施例提供了許多可在各種特定環(huán)境下具體化的可應(yīng)用發(fā)明概念。所討論的具體實(shí)施例是說(shuō)明性的，并未限制本公開(kāi)的范圍。
[0026]根據(jù)各種示例性實(shí)施例提供圖像傳感器芯片的互連結(jié)構(gòu)及其形成方法。示出了形成包括圖像傳感器芯片的封裝件的中間階段。討論了實(shí)施例的變型。在各附圖和所示實(shí)施例中，類似的參考標(biāo)號(hào)用于表示類似的元件。
[0027]圖1示出了圖像傳感器芯片20的截面圖。在一些實(shí)施例中，圖像傳感器芯片20是背照式(BSI)圖像傳感器芯片。在可選實(shí)施例中，圖像傳感器芯片20是前照式圖像傳感器芯片。圖像傳感器芯片20包括半導(dǎo)體襯底22，其可以是硅襯底。可選地，襯底22由其他半導(dǎo)體材料形成，諸如鍺硅、碳化硅、πι-v族化合物等?？梢允枪怆姸O管的圖像傳感器24(圖1中未示出，參見(jiàn)圖2)形成在圖像傳感器芯片20上。
[0028]圖2示出了圖像傳感器芯片20的部分100的放大圖。圖像傳感器芯片20可包括載體21，其中載體21位于圖像傳感器芯片20的前側(cè)并接合至介電層。如圖2所示，圖像傳感器芯片20包括圖像傳感器24，其設(shè)置在半導(dǎo)體襯底22的正面22A上。圖像傳感器24可形成包括多行和多列的陣列。在半導(dǎo)體襯底22的背側(cè)上以及半導(dǎo)體襯底22的背面22B上方，存在多個(gè)濾色器28和多個(gè)微透鏡30。濾色器28和微透鏡30的每一個(gè)均與一個(gè)圖像傳感器24對(duì)齊。光可以穿過(guò)微透鏡30、濾色器28，并且被圖像傳感器24接收。圖像傳感器24可將光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
[0029]金屬焊盤(pán)26形成在圖像傳感器芯片20的背面，并且用于電連接至圖像傳感器芯片20中的電路。在一些實(shí)施例中，金屬焊盤(pán)26包括銅、鋁、鎳和/或其他金屬。金屬焊盤(pán)26通過(guò)傳導(dǎo)通孔32連接至前側(cè)互連結(jié)構(gòu)34，其中傳導(dǎo)通孔32穿透半導(dǎo)體襯底22。在所示實(shí)施例中，傳導(dǎo)通孔32可以為金屬通孔，其可以在形成金屬焊盤(pán)26的一部分的同時(shí)形成。金屬通孔32可位于金屬焊盤(pán)36上，其中金屬焊盤(pán)可位于前側(cè)互連結(jié)構(gòu)34的底部金屬層中。
[0030]在一些實(shí)施例中，金屬焊盤(pán)26包括位于含鋁焊盤(pán)26B上的金屬飾面(metalfinish)26A，其可以包括鋁銅。金屬飾面26A可包括鎳層、鈀層、化學(xué)鎳浸金(ENIG)、化學(xué)鍍鎳化學(xué)鍍鈀(ENEP)、化學(xué)鍍鎳化學(xué)鍍鈀浸金(ENEPIG)、浸鍍錫(ImSn)、浸鍍銀(ImAg)、浸鍍金(ImAu)等。因此，金屬飾面26A的形成可以包括浸鍍、電鍍等。另外，焊料層38形成在金屬焊盤(pán)26的頂部上。焊料層38可以由共晶軟焊料、無(wú)鉛焊料等。形成可以由氧化物層(諸如氧化硅層)和氧化物層上方的氮化物層(諸如氮化硅層)形成的鈍化層40以覆蓋金屬焊盤(pán)26和傳導(dǎo)通孔32的一些表面，其中金屬焊盤(pán)26或焊料層38的中部通過(guò)鈍化層40中的開(kāi)口露出。當(dāng)形成焊料層38時(shí)，焊料層可通過(guò)鈍化層40中的開(kāi)口與金屬焊盤(pán)26接觸。
[0031]圖3示出了在焊料層38上形成柱狀凸塊42。在沒(méi)有在金屬焊盤(pán)26上形成焊料層的實(shí)施例中，柱狀凸塊42形成在金屬焊焊盤(pán)26上并與其接觸。另外，柱狀凸塊42形成在焊料層38上方并與其接觸。示例性柱狀凸塊42包括凸塊區(qū)域44和尾部區(qū)域46。尾部區(qū)域46也是金屬線，其具有均勻的尺寸(諸如直徑，其取決于尾部區(qū)域46的截面形狀)。在一些實(shí)施例中，柱狀凸塊42具有高度Hl，其可以在約50 μ m至約200 μ m的范圍內(nèi)。尾部區(qū)域46的高度H2可以在約20 μ m到約170 μ m的范圍內(nèi)。在一些示例性實(shí)施例中，高度H2還可以大于約200 μ m或大于約300 μ m。
[0032]柱狀凸塊42可通過(guò)引線接合方法形成。在一些示例性實(shí)施例中，通過(guò)接合體的毛細(xì)管(capillary) 48執(zhí)行柱狀凸塊42的形成,其中金屬線50穿過(guò)毛細(xì)管48中的孔。金屬線50可以是金線、銅線、涂有鈀的銅線等。在柱狀凸塊42的示例性形成工藝中，例如通過(guò)提供火花以融化線50的頂端，金屬球(未示出)首先形成在金屬線50的頂端。然后，毛細(xì)管48被壓低以接合焊料層38上的金屬球，從而形成凸塊區(qū)域44。接下來(lái)，當(dāng)金屬線50仍附接至凸塊區(qū)域44時(shí)，毛細(xì)管48向上移動(dòng)。然后，在期望位置切割金屬線50。當(dāng)切割金屬線50時(shí)，金屬線50保持直立位置。例如，通過(guò)在金屬線50上投射激光來(lái)執(zhí)行金屬線50的切割，其中通過(guò)激光發(fā)生裝置52生成激光?？蛇x地，可使用夾鉗、刀片等執(zhí)行金屬線50的切割。
[0033]在切割之后，金屬線50的一部分留在凸塊區(qū)域44上以形成尾部區(qū)域46。尾部區(qū)域46可以基本上直立,尾部區(qū)域46的長(zhǎng)度方向基本垂直于對(duì)應(yīng)金屬焊盤(pán)26的頂面26A。尾部區(qū)域46可以支撐其自身以對(duì)抗地心引力，使得在沒(méi)有施加外力時(shí)尾部區(qū)域46保持直立。尾部區(qū)域46可包括具有均勻尺寸(諸如直徑)的部分，該尺寸與金屬線50的尺寸和形狀相同。此外，尾部區(qū)域46的截面形狀與金屬線50的截面形狀相同。尾部區(qū)域46的頂部寬度Wl和底部寬度W2基本相等。
[0034]圖4示出了圖像傳感器芯片20接合至襯底54。在一些實(shí)施例中，襯底54包括電連接件56，其中電連接件56與柱狀凸塊42接合。襯底54還包括窗57，光可透過(guò)窗以到達(dá)圖像傳感器24。玻璃蓋61覆蓋窗57以保護(hù)圖像傳感器芯片20，同時(shí)允許光穿過(guò)。
[0035]圖像傳感器芯片20通過(guò)倒裝芯片接合而接合至襯底54，其中，柱狀凸塊42接合至襯底54的電連接件56。襯底54可以是基于陶瓷的襯底，其中，金屬跡線59形成在襯底54中來(lái)用于電連接至電連接件56。在一些實(shí)施例中，電連接件56包括金屬焊盤(pán)58、金屬焊盤(pán)58上的金屬飾面60和/或金屬飾面60上的焊料層62。在一些可選實(shí)施例中，電連接件56不包括金屬飾面60和/或焊料層62。金屬焊盤(pán)58可由鋁、銅、鎳和/或類似金屬形成。金屬飾面60可以由鎳、鈀、金、銀、錫和/或類似金屬形成，并且可以使用浸鍍、焊鍍、ENIG、ENEP、ENEPIG 等形成。
[0036]在一些實(shí)施例中，當(dāng)圖像傳感器芯片20接合至襯底54時(shí)，襯底54被加熱至低于焊料層62的熔化溫度的溫度，使得焊料層62在不熔化的情況被軟化。因此，柱狀凸塊42的尾部區(qū)域46與電連接件56具有良好接觸。然而，柱狀凸塊42的柱狀區(qū)域44可以不與電連接件56接觸。另外，襯底54可接合至印刷電路板(PCB)66，例如通過(guò)它們之間的各向異性導(dǎo)電膜(ACF，未示出)。因此，電連接件56電連接至PCB 66的金屬焊盤(pán)64。
[0037]在一些實(shí)施例中，在每一個(gè)金屬焊盤(pán)26上形成柱狀凸塊42，其被形成為包括尾部區(qū)域46和一個(gè)柱狀凸塊而不是堆疊柱狀凸塊。可以理解，如果形成堆疊柱狀凸塊，則每個(gè)堆疊柱狀凸塊的形成都會(huì)引起損壞非常薄的圖像傳感器芯片20的危險(xiǎn)。因此，在每個(gè)金屬焊盤(pán)26上需要一個(gè)柱狀凸塊，降低了破壞圖像傳感器芯片20的風(fēng)險(xiǎn)。此外，相對(duì)柔軟的焊料層38吸收了柱狀凸塊42接合處的抽吸力。焊料層38和62也可以提高倒裝芯片接合的可靠性。
[0038]根據(jù)實(shí)施例，一種器件包括位于圖像傳感器芯片的表面的金屬焊盤(pán)，其中，圖像傳感器芯片包括圖像傳感器。柱狀凸塊被設(shè)置在金屬焊盤(pán)上方并與金屬焊盤(pán)電連接。柱狀凸塊包括凸塊區(qū)域和連接至凸塊區(qū)域的尾部區(qū)域。尾部區(qū)域包括基本垂直于金屬焊盤(pán)的頂面的金屬線部分。尾部區(qū)域足夠短以支撐其自身對(duì)抗地心引力。
[0039]根據(jù)其他實(shí)施例，一種器件包括圖像傳感器芯片，其包括半導(dǎo)體襯底、位于半導(dǎo)體襯底前側(cè)的圖像傳感器和位于半導(dǎo)體襯底后側(cè)的金屬焊盤(pán)。焊料層設(shè)置在金屬焊盤(pán)上方。柱狀凸塊設(shè)置焊料層上方并通過(guò)焊料層電耦合至金屬焊盤(pán)，其中，柱狀凸塊包括凸塊區(qū)域和附接至凸塊區(qū)域的尾部區(qū)域。
[0040]根據(jù)又一些實(shí)施例，一種方法包括:在圖像傳感器芯片的金屬焊盤(pán)上形成焊料層，其中圖像傳感器芯片包括圖像傳感器；將金屬線接合在焊料層上；以及切割金屬線以在焊料層上形成柱狀凸塊。柱狀凸塊包括凸塊區(qū)域和連接至凸塊區(qū)域的尾部區(qū)域。尾部區(qū)域足夠短以支撐其自身對(duì)抗地心引力。
[0041]盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本實(shí)施例及其優(yōu)勢(shì)，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的本實(shí)施例的主旨和范圍的情況下，做各種不同的改變、替換和更改。而且，本申請(qǐng)的范圍并不僅限于本說(shuō)明書(shū)中描述的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實(shí)施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，通過(guò)本發(fā)明，現(xiàn)有的或今后開(kāi)發(fā)的用于執(zhí)行與根據(jù)本公開(kāi)所采用的所述相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟根據(jù)本公開(kāi)可以被使用。因此，所附權(quán)利要求應(yīng)該包括在這樣的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟的范圍內(nèi)。此外，每條權(quán)利要求構(gòu)成單獨(dú)的實(shí)施例，并且多個(gè)權(quán)利要求和實(shí)施例的組合在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種器件，包括: 金屬焊盤(pán)，位于圖像傳感器芯片的表面，所述圖像傳感器芯片包括圖像傳感器； 柱狀凸塊，位于所述金屬焊盤(pán)上方并且電連接至所述金屬焊盤(pán)，所述柱狀凸塊包括凸塊區(qū)域和連接至所述凸塊區(qū)域的尾部區(qū)域，其中所述尾部區(qū)域包括基本垂直于所述金屬焊盤(pán)的頂面的金屬線部分，所述尾部區(qū)域足夠短以支持其自身來(lái)對(duì)抗地心引力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，還包括位于所述金屬焊盤(pán)上方和所述柱狀凸塊下方的焊料層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，還包括接合至所述圖像傳感器芯片的襯底，所述襯底包括接觸所述柱狀凸塊的所述尾部區(qū)域的電連接件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述金屬線部分基本是直的，并且長(zhǎng)度方向垂直于所述金屬焊盤(pán)的頂面。
5.一種器件，包括: 圖像傳感器芯片，包括: 半導(dǎo)體襯底； 圖像傳感器，位于所述半導(dǎo)體襯底的前側(cè)；和 金屬焊盤(pán)，位于所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)； 焊料層，位于所述金屬焊盤(pán)上方；以及 柱狀凸塊，位于所述焊料層上方并且通過(guò)所述焊料層電耦合至所述金屬焊盤(pán)，所述柱狀凸塊包括凸塊區(qū)域和附接至所述凸塊區(qū)域的尾部區(qū)域，所述尾部區(qū)域包括具有基本均勻的尺寸的金屬線部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的器件，其中，所述凸塊區(qū)域與所述焊料層接觸，并且所述尾部區(qū)域的第一端接觸所述凸塊區(qū)域，所述尾部區(qū)域的第二端不接觸附加傳導(dǎo)部件。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的器件，還包括通過(guò)倒裝芯片接合與所述圖像傳感器芯片接合的襯底，其中，所述襯底包括與所述柱狀凸塊的尾部區(qū)域接觸的電連接件。
8.一種方法包括: 在圖像傳感器芯片的金屬焊盤(pán)上形成焊料層，所述圖像傳感器芯片包括圖像傳感器； 將金屬線接合在所述焊料層上；以及 切割所述金屬線以在所述焊料層上形成柱狀凸塊，其中，所述柱狀凸塊包括凸塊區(qū)域和連接至所述凸塊區(qū)域的尾部區(qū)域，所述尾部區(qū)域足夠短以支撐其自身對(duì)抗地心引力。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在切割步驟之后，所述尾部區(qū)域的長(zhǎng)度方向垂直于所述金屬焊盤(pán)的頂面。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括:在形成所述柱狀凸塊的步驟之后，通過(guò)倒裝芯片接合將所述圖像傳感器芯片接合至襯底，所述柱狀凸塊的尾部區(qū)域與所述襯底的電連接件接觸。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK103545323SQ201210413411
【公開(kāi)日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月11日
【發(fā)明者】余振華, 陳永慶, 李建勛, 李明機(jī) 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司