專利名稱：無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種晶圓級圖像傳感器封裝結構。屬于半導體封裝技術領域。
背景技術：
圖像傳感器是將外界光信號轉換成電信號，并且所獲電信號經過處理，可以最終成像的半導體器件。晶圓級圖像傳感器封裝是新型的圖像傳感器封裝方式，相比于傳統引線健合封裝相比，具有封裝尺寸小、價格便宜、且下游組裝時感光區不易受污染等優點，正在受到越來越多的關注。由于圖像傳感器的芯片電極或芯片內部金屬層與感光區均位于芯片正面，所以晶圓級封裝就需要將芯片正面留作感光窗口，而將芯片內部金屬層從芯片正面重新分布到芯片背面，以實現與外界的互聯。實現這種正背面轉移可以通過硅通孔(Through Silicon Via)互聯方法。硅通孔互聯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。然后對裸露出硅包括本體及孔內的硅進行絕緣化處理，以及需要在孔底部開出互聯窗口以便后續填充金屬與芯片內部金屬層形成接觸。接著需要在孔內填充金屬，以及重新分布金屬線路層。這種晶圓級圖像傳感器封裝方式由于引入了硅通孔互聯， 使得封裝結構復雜；并且硅通孔互聯技術還不成熟，往往由于孔內絕緣不好、互聯窗口不完整以及金屬填充不實的導致失效或可靠性不好，導致這類利用硅通孔互聯進行的晶圓級圖像傳感器封裝存在工藝難度大、互聯可靠性低的問題。同時、硅通孔互聯工藝復雜性也導致采用該技術的晶圓級圖像傳感器封裝價格比較昂貴。
發明內容
本發明的目的在于克服當前晶圓級圖像傳感器封裝方式的不足，提供具有結構簡單、互聯可靠性好、工藝簡單、低成本的特點的無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構。本發明的目的是這樣實現的一種無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構，包括已經設置有芯片內部鈍化層、芯片內部金屬層及感光區的芯片本體，在芯片本體的上表面設置隔離層，隔離層不覆蓋或者覆蓋于芯片感光區；在隔離層上設置透光蓋板，在隔離層不覆蓋于芯片感光區時，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部鈍化層的下表面，使芯片內部鈍化層下表面裸露出來；在芯片本體下表面、硅溝槽側壁及裸露出的芯片內部鈍化層的下表面選擇性的設置絕緣層；在芯片內部鈍化層上形成盲孔，且盲孔停止于芯片內部金屬層表面；在絕緣層表面及盲孔內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置線路保護層； 在金屬線路層露出線路保護層的地方設置焊球。本發明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構，所述絕緣層在需要互聯處的預留開口。本發明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構，所述互聯處的預留開口與盲孔重合。
本發明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構，所述互聯處的預留開口尺寸大于盲孔尺寸。本發明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構，所述隔離層覆蓋感光區時，隔離層選用透光材料。本發明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構，所述芯片內部鈍化層及芯片內部金屬層是多層，該封裝結構中盲孔形成于第一層芯片內部鈍化層、并停止于與第一芯片內部鈍化層相鄰的芯片內部金屬層上。本發明的有益效果是
1、通過形成硅溝槽并停止于芯片內部鈍化層的表面，然后通過形成絕緣層、盲孔及孔內填充布線的方法實現芯片電信號從芯片正面轉移到芯片背面；與硅通孔互聯相比，結構相對簡單；而且由于形成的溝槽底部尺寸較大且芯片內部鈍化層厚度較薄，后續的盲孔及孔內填充布線工藝難度減小，避免了由于硅通孔內金屬填充不實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平坦，工藝比較簡單；而硅通孔互聯由于硅的非絕緣性需要在硅孔內部形成絕緣，并形成開口，工藝比較復
ο3、由于避免采用硅通孔互聯技術，封裝工藝簡化，封裝成本降低。
圖1為本發明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構的切面示意圖，圖示隔離層 5沒有覆蓋于感光區4，從而形成空腔7。圖2為本發明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構的切面示意圖，圖示中隔離層5覆蓋于感光區4。圖3為本發明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構的切面示意圖，圖示中絕緣層開口與盲孔重合。圖4為本發明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構的切面示意圖，圖示中絕緣層開口尺寸大于盲孔。圖中附圖標記
芯片本體1、芯片內部鈍化層2、芯片內部金屬層3、感光區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、線路保護層12、焊球13。
具體實施例方式參見圖1，圖1為本發明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構(帶空腔型)的切面示意圖。由圖1可以看出，本發明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構，包括已經設置有芯片內部鈍化層2、芯片內部金屬層3及感光區4的芯片本體1，芯片內部鈍化層、芯片內部金屬層及感光區均是圖像傳感器芯片本身具有的結構，不屬于本發明專利涉及的封裝范疇。在芯片本體1的上表面設置隔離層5，隔離層5不覆蓋芯片感光區4。在隔離層5上設置透光蓋板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部鈍化層2的下表面，使芯片內部鈍化層2下表面裸露出來。取決于芯片本身結構、芯片內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側壁及裸露出的芯片內部鈍化層2的下表面選擇性的設置絕緣層9。在芯片內部鈍化層2和芯片內部金屬層3上形成盲孔10，且盲孔10停止于隔離層5內部。由于圖像傳感器的芯片內部鈍化層及芯片內部金屬層通常是多層，可選的該封裝結構中盲孔 10形成于第一層芯片內部鈍化層、并停止于與第一芯片內部鈍化層相鄰的芯片內部金屬層上。在絕緣層9表面及盲孔10內選擇性的形成金屬線路層11，從而將芯片的電氣信號從芯片內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上選擇性的設置線路保護層12。在金屬線路層11露出線路保護層12的地方設置焊球13。所述絕緣層9在需要互聯處的預留開口。圖2為本發明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構(不帶空腔型)的切面示意圖。相比于圖1，圖2的區別是隔離層5覆蓋于感光區4，從而不形成空腔7。隔離層5覆蓋感光區4時，優選的，隔離層5選用透光材料，透光蓋板是光學玻璃。整個封裝的起點為由集成了芯片內部鈍化層2、芯片內部金屬層3及感光區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構
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合起來；優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合力；
3)、通過晶圓片磨片及應力層去除的方法得到芯片本體的目標厚度；
4)、通過光刻結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行反應離子刻蝕，或者先光刻形成開口、然后進行反應離子刻蝕、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為本發明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構的切面示意圖，圖示中絕緣層開口與盲孔重合。參見圖4，圖4為本發明無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構的切面示意圖，圖示中絕緣層開口尺寸大于盲孔。
權利要求
1.一種無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構，包括已經設置有芯片內部鈍化層 (2)、芯片內部金屬層(3)及感光區(4)的芯片本體(1)，其特征在于在芯片本體(1)的上表面設置隔離層(5)，隔離層(5)不覆蓋或者覆蓋于芯片感光區(4);在隔離層(5)上設置透光蓋板(6)，在隔離層(5)不覆蓋于芯片感光區(4)時，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部鈍化層(2)的下表面，使芯片內部鈍化層(2)下表面裸露出來；在芯片本體(1)下表面、硅溝槽 (8)側壁及裸露出的芯片內部鈍化層(2)的下表面選擇性的設置絕緣層(9);在芯片內部鈍化層(2)上形成盲孔(10)，且盲孔(10)停止于芯片內部金屬層(3)表面；在絕緣層(9)表面及盲孔(10)內選擇性的形成金屬線路層(11)；在絕緣層(9)及金屬線路層(11)上選擇性的設置線路保護層(12)；在金屬線路層(11)露出線路保護層(12)的地方設置焊球(13)。
2.根據權利要求1所述的一種無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構，其特征在于 所述絕緣層(9)在需要互聯處的預留開口。
3.根據權利要求2所述的一種無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構，其特征在于 所述互聯處的預留開口與盲孔(10)重合。
4.根據權利要求2所述的一種無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構，其特征在于 所述互聯處的預留開口尺寸大于盲孔(10)尺寸。
5.根據權利要求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構， 其特征在于所述隔離層(5)覆蓋感光區(4)時，隔離層(5)選用透光材料。
6.根據權利要求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構， 其特征在于所述芯片內部鈍化層(2)及芯片內部金屬層(3)是多層，該封裝結構中盲孔 (10)形成于第一層芯片內部鈍化層、并停止于與第一芯片內部鈍化層相鄰的芯片內部金屬層上。
全文摘要
本發明涉及一種無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構，所述結構包括芯片本體(1)，在芯片本體的上表面設置隔離層(5)，在隔離層上設置透光蓋板(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)側壁及裸露出的芯片內部鈍化層(2)的下表面選擇性的設置絕緣層(9)；在芯片內部鈍化層(2)上形成盲孔(10)；在絕緣層(9)表面及盲孔(10)內選擇性的形成金屬線路層(11)；在絕緣層(9)及金屬線路層(11)上選擇性的設置線路保護層(12)；在金屬線路層(11)露出線路保護層(12)的地方設置焊球(13)本發明提供了具有結構簡單、互聯可靠性好、工藝簡單、低成本的特點的無硅通孔高可靠性圖像傳感器封裝結構。
文檔編號H01L27/146GK102339841SQ20111029471
公開日2012年2月1日 申請日期2011年10月8日 優先權日2011年10月8日
發明者張黎, 段珍珍, 賴志明, 陳棟, 陳錦輝 申請人:江陰長電先進封裝有限公司