晶圓級封裝方法
【專利摘要】一種晶圓級封裝方法，包括：提供晶圓及基板，將所述晶圓的第一表面與所述基板粘接在一起；在所述晶圓的第二表面形成隔絕層；對所述隔絕層進(jìn)行激光熱退火處理；在所述隔絕層上形成金屬互連線和焊盤，所述金屬互連線與所述焊盤電連接；在所述隔絕層和所述焊盤上形成鈍化層，所述鈍化層暴露至少部分所述焊盤；在所述焊盤上形成凸塊下金屬層；在所述凸塊下金屬層上形成焊球。所述晶圓級封裝方法采用激光熱退火對所述隔絕層進(jìn)行退火處理，使所述隔絕層的防水能力增強(qiáng)，經(jīng)過所述激光熱退火處理后的所述隔絕層不易吸水，不易發(fā)生剝離或者開裂，所述隔絕層的隔離性能提高。
【專利說明】晶圓級封裝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種晶圓級封裝方法。

【背景技術(shù)】
[000引晶圓級封裝（Wafer Level化ckaging，WLP)是芯片封裝方式的一種，是整片晶圓 生產(chǎn)完成后，直接在晶圓上進(jìn)行封裝和測試，完成之后才切割制成單顆芯片，不須經(jīng)過打線 或填膠。晶圓級封裝具有封裝尺寸小和封裝后電性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn)，晶圓級封裝還容易與晶 圓制造和芯片組裝兼容，簡化晶圓制造到產(chǎn)品出貨的過程，降低整體生產(chǎn)成本。
[0003] 晶圓級封裝過程中，通常需要用膠粘劑將晶圓與基板粘接在一起，然后在晶圓表 面制作隔絕層W將晶圓表面與后續(xù)形成的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)隔離開來。為了避免膠粘劑因高溫而失 效，通常需要采用低溫氧化物化OW temperature oxide, LT0)來形成隔絕層。
[0004] 然而，低溫氧化物的密度低，熱穩(wěn)定性差，防水能力差，并且，隨著時(shí)間增加，低溫 氧化物的防水能力會(huì)繼續(xù)下降。圖1顯示了低溫氧化物的防水能力與時(shí)間的關(guān)系，其中曲 線1代表的是在25C條件下測得的時(shí)間-相對吸水率關(guān)系，曲線2代表的是在locrc條件下 測得的時(shí)間-相對吸水率關(guān)系，從中可W看出，時(shí)間越長，低溫氧化物的相對吸水率越大， 即時(shí)間越長，低溫氧化物的吸水能力越強(qiáng)，防水能力越差。由于低溫氧化物防水能力差，因 此低溫氧化物容易吸水，而一旦低溫氧化物吸水，就會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部應(yīng)力增大，造成隔絕層的 開裂或者剝離，影響隔絕層性能，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致整個(gè)隔絕層失去隔離作用。
[0005] 為此，需要一種新的晶圓級封裝方法，W提高隔絕層的防水能力，從而防止隔絕層 發(fā)生開裂或者剝離。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的問題是提供一種晶圓級封裝方法，W提高W隔絕層的防水能力，防 止隔絕層發(fā)生開裂或者剝離，從而增強(qiáng)隔絕層的隔離作用。
[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種晶圓級封裝方法，包括：
[0008] 提供晶圓及基板，所述晶圓具有第一表面和與第一表面相對的第二表面；
[0009] 將所述晶圓的第一表面與所述基板粘接在一起；
[0010] 在所述晶圓的第二表面形成隔絕層；
[0011] 對所述隔絕層進(jìn)行激光熱退火化aser Thermal Annealing, LTA)處理；
[0012] 在所述隔絕層上形成金屬互連線和焊盤，所述金屬互連線與所述焊盤電連接；
[0013] 在所述隔絕層和所述焊盤上形成純化層，所述純化層暴露至少部分所述焊盤；
[0014] 在所述焊盤上形成凸塊下金屬層；
[0015] 在所述凸塊下金屬層上形成焊球。
[0016] 可選的，所述隔絕層的材料包括低溫氧化物，所述低溫氧化物的厚度范圍包括 1000A ?20000A。
[0017] 可選的，所述低溫氧化物包括二氧化娃，所述激光熱退火處理采用的激光為近紫 外光，所述近紫外光的能量為9eV。
[0018] 可選的，所述激光熱退火處理的對所述晶圓的處理時(shí)間范圍包括Imin?2min。
[0019] 可選的，對所述隔絕層進(jìn)行所述激光熱退火處理時(shí)，所述隔絕層的溫度范圍包括 600〇C ?900〇C。
[0020] 可選的，對所述隔絕層進(jìn)行所述激光熱退火處理時(shí)，所述晶圓的溫度范圍控制在 200〇C W下。
[0021] 可選的，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在所述晶圓的第二表面形成所述隔絕 層。
[0022] 可選的，所述晶圓的第一表面制作有感光陣列單元。
[0023] 可選的，所述基板為玻璃基板。
[0024] 可選的，所述膠粘劑為有機(jī)膠粘劑。
[00巧]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0026] 本發(fā)明的技術(shù)方案中，在進(jìn)行晶圓級封裝時(shí)，在晶圓表面形成隔絕層之后，采用激 光熱退火對所述隔絕層進(jìn)行退火處理，從而提高隔絕層的密度，密度的提高既可W防止隔 絕層發(fā)生剝離或者開裂，又可W提高所述隔絕層的防水能力，因此經(jīng)過所述激光熱退火處 理后的所述隔絕層不易吸水，不易發(fā)生剝離或者開裂，整個(gè)所述隔絕層的隔離性能提高，并 且采用所述激光熱退火能夠僅對所述隔絕層進(jìn)行退火，其它結(jié)構(gòu)不受所述激光熱退火的影 響，因此所述晶圓級封裝方法所封裝的結(jié)構(gòu)可靠性高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027] 圖1是低溫氧化物時(shí)間-相對吸水率關(guān)系圖；
[0028] 圖2至圖6為本發(fā)明晶圓級封裝方法實(shí)施例示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 現(xiàn)有晶圓級封裝方法中，形成的隔絕層密度較小，結(jié)構(gòu)松散，因此易發(fā)生剝離或者 開裂，并且隔絕層防水能力較差，易吸水，一旦吸水之后，隔絕層內(nèi)部的負(fù)應(yīng)力進(jìn)一步增大， 因而更加容易出現(xiàn)剝離或者開裂，導(dǎo)致隔絕層易發(fā)生失效。為了去除隔絕層吸收的水分，現(xiàn) 有方法中采用了長時(shí)間的低溫烘烤（baking)工藝或者除濕氣（degas)工藝，但是采用該些 工藝需要增加大量的時(shí)間和成本，不利于生產(chǎn)制造。
[0030] 為此，本發(fā)明提供一種新的晶圓級封裝方法，所述方法在形成隔絕層之后，采用激 光熱退火對隔絕層進(jìn)行退火處理，從而提高隔絕層的密度，防止隔絕層發(fā)生剝離或者開裂， 同時(shí)提高了隔絕層的防水能力，使隔絕層的隔離性能提到提高。
[0031] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0032] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種晶圓100級封裝方法，請參考圖2至圖6。
[0033] 請參考圖2,提供晶圓100,晶圓100具有第一表面100A和第二表面100B。
[0034] 晶圓100中可W形成有多個(gè)芯片單元，芯片單元之間可具有切割道，每個(gè)芯片單 元經(jīng)過封裝和切割之后可W形成單個(gè)芯片。具體的，本實(shí)施例晶圓100中具有多個(gè)圖像傳 感器芯片單元。
[0035] 本實(shí)施例中，第一表面lOOA為晶圓100的有源面，第二表面lOOB為晶圓100的 背面。但是，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，第一表面100A可W為晶圓100的背面，而第二表 面100B可W為晶圓100的有源面，此時(shí)，晶圓100級封裝方法同時(shí)是一種倒裝芯片（flip chip)封裝方法。
[0036] 請繼續(xù)參考圖2,采用膠粘劑300將晶圓100的第一表面100A與基板200粘接在 一起。
[0037] 本實(shí)施例中，膠粘劑300采用有機(jī)膠粘劑。雖然有機(jī)膠粘劑相對于無機(jī)膠粘劑300 而言，耐熱溫度較低，但是有機(jī)膠粘劑具有粘著速度快、不影響粘接結(jié)構(gòu)、易拆除、成本低和 粘接強(qiáng)度高等特點(diǎn)，因此采用有機(jī)膠粘劑將晶圓100的第一表面100A與基板200粘接在一 起。具體的，有機(jī)膠粘劑可W為環(huán)氧樹脂膠粘劑。
[003引 由于本實(shí)施例的晶圓100中，芯片單兀為圖像傳感器芯片單兀，因此，晶圓100的 第一表面100A上制作有感光陣列單元。此時(shí)，基板200需要具有透光性能，W保證光線能 夠照射到圖像傳感器芯片單元中的感光陣列單元。所W本實(shí)施例中，基板200可W選用玻 璃基板，因?yàn)椴ＡЩ寰哂辛己玫耐腹庑阅?。但是，在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，當(dāng)晶圓100 中的芯片單元不需要接收光照時(shí)，基板200可W采用其它材料。
[0039] 請繼續(xù)參考圖2,在晶圓100的第二表面100B形成隔絕層400a。
[0040] 由于本實(shí)施例的膠粘劑300為有機(jī)膠粘劑，因此，其耐熱溫度較低，在形成純化層 時(shí)，需要將溫度控制在20(TC W下，W防止膠粘劑300受熱過高而失去粘接作用。
[0041] 本實(shí)施例中，隔絕層400a的材料可選用低溫氧化物。低溫氧化物的形成溫度較 低，因此，可W保證膠粘劑300不會(huì)受熱過高。進(jìn)一步的，本實(shí)施例中，低溫氧化物具體可W 為二氧化娃。
[0042] 本實(shí)施例中，可采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法（Plasma Enhanced化emical Vapor D巧osition，陽CVD)形成由二氧化娃組成的隔絕層400a。等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉 積法利用低溫等離子體作能量源，將晶圓100置于低氣壓下輝光放電的陰極上，利用輝光 放電(或另加發(fā)熱體)使晶圓100升溫到預(yù)定的溫度，然后通入適量的反應(yīng)氣體，氣體經(jīng)一系 列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng)，在晶圓100表面形成固態(tài)薄膜，即隔絕層400a。
[0043] 本實(shí)施例所采用的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法中，等離子體中含有大量高能量 的電子，它們可W提供化學(xué)氣相沉積過程所需的激活能。電子與氣相分子的碰撞可W促進(jìn) 氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過程，生成活性很高的各種化學(xué)基團(tuán)，因而顯著降低化 學(xué)氣相沉積中薄膜沉積的溫度范圍，使得原來需要在高溫下才能進(jìn)行的化學(xué)氣相沉積過程 得W在低溫實(shí)現(xiàn)。除了能夠在低溫條件下實(shí)現(xiàn)薄膜沉積之外，等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 法本身還具有純化作用，所述純化作用可W進(jìn)一步提高所形成的隔絕層400a的隔離性能。
[0044] 本實(shí)施例中，隔絕層400a的厚度如果太小，則不能夠起到很好的隔離作用，但是 如果隔絕層400a的厚度太大，則會(huì)增加后續(xù)工藝(例如在制作金屬互連線時(shí)需要在隔絕層 400a中開孔)的難度，并且造成不必要的浪費(fèi)，綜合考慮上述兩方面的因素，隔絕層400a的 厚度范圍可W為1000A?20000A。
[0045] 請參考圖3,對隔絕層400a進(jìn)行激光熱退火處理。
[0046] 圖4為光子能量與二氧化娃的吸收系數(shù)和吸收深度的關(guān)系曲線。由能級原理可 知，物質(zhì)吸收光子具有選擇性，只有特定能量的光子才會(huì)被二氧化娃吸收。從圖4中可W看 至IJ，當(dāng)光子能量為9eV時(shí)，二氧化娃的吸收系數(shù)和吸收深度同時(shí)出現(xiàn)最大值，因此可知，二 氧化娃可吸收能量為9eV的光子，因此，本實(shí)施例選擇能量為9eV的近紫外光對二氧化娃進(jìn) 行所述激光熱退火處理。
[0047] 本實(shí)施例中，激光500由激光發(fā)射元件(未顯示）產(chǎn)生。激光發(fā)射元件可W為紫外 連續(xù)光激光器，紫外連續(xù)光激光器可應(yīng)用晶體材料非線性效應(yīng)變頻方法產(chǎn)生紫外連續(xù)光， 并可根據(jù)需要設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)得到所需能量的激光。
[0048] 本實(shí)施例中，激光發(fā)射元件形成的激光光束可W呈矩形或者圓形，當(dāng)為矩形時(shí)，激 光光束的長度可W為15. 13mm，寬度也可W為15. 13毫米。
[0049] 退火時(shí)，激光發(fā)射元件位于的隔絕層400a上，并形成激光光束照射在隔絕層400a 上，然后激光光束對隔絕層400a進(jìn)行照射。
[0050] 退火時(shí)，可W采用弧形投射（shot)方式（即激光500所形成的投射路徑為弧形） 對隔絕層400a進(jìn)行照射，即由激光發(fā)射元件所產(chǎn)生的激光光束對隔絕層400a投射，可按照 自下而上、左右來回的處理軌跡進(jìn)行，并且每次投射時(shí)間可W為15化S。
[0051] 退火時(shí)，可通過控制激光發(fā)射元件的功率控制激光500的光度(光度指發(fā)光強(qiáng)度 在指定方向上的密度)。并且，在激光發(fā)射元件和隔絕層400a表面之間還可W設(shè)置有均化 器，W使得激光光束中的光線均勻化。
[0052] 本實(shí)施例中，如果退火處理的時(shí)間太長，則隔絕層400a中的原子未進(jìn)行良好的重 排，處理后的隔絕層400a密度仍然較小，結(jié)構(gòu)仍然較為松散，因此，仍然易發(fā)生剝離或者開 裂，但是，如果退火處理的時(shí)間太長，則可能導(dǎo)致隔絕層400a的溫度傳遞到晶圓100,導(dǎo)致 晶圓100的溫度較高，從而使粘接晶圓100的膠粘劑300受熱過高而失去粘接作用。為此， 本實(shí)施例中，對整個(gè)晶圓100進(jìn)行激光熱退火處理的處理時(shí)間范圍控制在Imin?2min。
[0053] 在上述退火時(shí)間范圍內(nèi)，本實(shí)施例可W將隔絕層400a的溫度范圍控制在60(TC? 90(TC，并且由于每次投射持續(xù)的時(shí)間（150ns)很短，因此退火處理時(shí)，晶圓100的溫度范圍 可W控制在20(TCW下，從而保證晶圓100中的其它結(jié)構(gòu)不受激光熱退火的影響，同樣保證 了膠粘劑300不受激光熱退火的影響。
[0054] 請參考圖5,激光熱退火處理后形成了隔絕層40化，如圖5所示。
[00巧]經(jīng)過激光熱退火處理之后，隔絕層40化的密度提高，密度提高既可W防止隔絕層 40化發(fā)生剝離或者開裂，又可W提高防水能力，因此隔絕層40化不易吸水，隔離性能顯著 提高。由于隔絕層40化隔離性能提高，因此其能夠起到更好的隔離保護(hù)作用，并且采用所 述激光熱退火能夠僅對隔絕層進(jìn)行退火，其它結(jié)構(gòu)(例如膠粘劑300)不受所述激光熱退火 的影響，因此所述晶圓級封裝方法所封裝的結(jié)構(gòu)可靠性高。
[0056] 請參考圖6,在隔絕層40化上形成金屬互連線（未顯示)，然后繼續(xù)在隔絕層40化 上形成與所述金屬互連線電連接的焊盤610。之后在隔絕層40化和焊盤610上形成純化層 620,其中純化層620暴露出至少部分焊盤610。接著在純化層620暴露出的焊盤610上形 成凸塊下金屬層630,最后在凸塊下金屬層630上形成焊球640。
[0057] 本實(shí)施例中，所述金屬互連線的材料可W為鉛。焊盤610的材料可W包括鉛、 銅、銀、金、媒、鶴中的一種或者多種的任意組合。純化層620的材料既可W是環(huán)氧樹脂 巧poxy)、聚醜亞胺（PI)、苯環(huán)下帰、聚苯惡哇等有機(jī)材料，也可W是氮化娃、氮氧化娃或者 氧化娃等無機(jī)材料。凸塊下金屬層630可W包括有擴(kuò)散層、勢壘層、潤濕層和抗氧化層等多 層結(jié)構(gòu)，并且凸塊下金屬層630可W通過物理氣相沉積（Physical Vapor Deposition，PVD) 法或姍鍛（Sputtering)法形成。焊球640的材料可W為錫、錫銀、錫鉛、錫銀銅、錫銀鋒、錫 鋒、錫餓鋼、錫鋼、錫金、錫銅、錫鋒鋼或者錫銀鍵等金屬中的一種或者多種的任意組合，并 且焊球640中可W包括有活性劑，焊球640可通過電鍛工藝和回流焊工藝形成。
[0058] 雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本 發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)W權(quán)利要求所 限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1. 一種晶圓級封裝方法，其特征在于，包括： 提供晶圓及基板，所述晶圓具有第一表面和與第一表面相對的第二表面； 將所述晶圓的第一表面與所述基板粘接在一起； 在所述晶圓的第二表面形成隔絕層； 對所述隔絕層進(jìn)行激光熱退火處理； 在所述隔絕層上形成金屬互連線和焊盤，所述金屬互連線與所述焊盤電連接； 在所述隔絕層和所述焊盤上形成鈍化層，所述鈍化層暴露至少部分所述焊盤； 在所述焊盤上形成凸塊下金屬層； 在所述凸塊下金屬層上形成焊球。
2. 如權(quán)利要求1所述的晶圓級封裝方法，其特征在于，所述隔絕層的材料包括低溫氧 化物，所述低溫氧化物的厚度范圍包括IOOOA?20000A。
3. 如權(quán)利要求2所述的晶圓級封裝方法，其特征在于，所述低溫氧化物包括二氧化硅， 所述激光熱退火處理采用的激光為近紫外光，所述近紫外光的能量為9eV。
4. 如權(quán)利要求3所述的晶圓級封裝方法，其特征在于，所述激光熱退火處理的對所述 晶圓的處理時(shí)間范圍包括Imin?2min。
5. 如權(quán)利要求4所述的晶圓級封裝方法，其特征在于，對所述隔絕層進(jìn)行所述激光熱 退火處理時(shí)，所述隔絕層的溫度范圍包括600°C?900°C。
6. 如權(quán)利要求5所述的晶圓級封裝方法，其特征在于，對所述隔絕層進(jìn)行所述激光熱 退火處理時(shí)，所述晶圓的溫度范圍控制在200°C以下。
7. 如權(quán)利要求2所述的晶圓級封裝方法，其特征在于，采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉 積法在所述晶圓的第二表面形成所述隔絕層。
8. 如權(quán)利要求1所述的晶圓級封裝方法，其特征在于，所述晶圓的第一表面制作有感 光陣列單元。
9. 如權(quán)利要求1所述的晶圓級封裝方法，其特征在于，所述基板為玻璃基板。
10. 如權(quán)利要求1所述的晶圓級封裝方法，其特征在于，所述膠粘劑為有機(jī)膠粘劑。
【文檔編號】H01L21/50GK104465411SQ201310425771
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】何作鵬, 趙洪波, 沈哲敏, 張先明, 丁敬秀 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司