一种图像传感器晶圆级封装方法及封装结构技术

本发明专利技术提供了一种图像传感器晶圆级封装方法及封装结构，属于半导体芯片封装技术领域，包括：透明盖板和硅衬底，透明盖板和硅衬底均具有相对的第一表面与第二表面；硅衬底的第一表面上具有光学感应芯片，透明盖板的第一表面与硅衬底的第一表面相对设置、且由围堰支撑围成容纳光学感应芯片的空间；在透明盖板的第二表面上具有环绕光学感应芯片的遮光层，在遮光层的上层具有增透层、SiO2层或保护玻璃作为保护层。所述保护层与光学感应芯片对应的位置为透光结构。本发明专利技术通过在光入射面设置遮光层来解决炫光、鬼影等缺陷。为了避免遮光层出现划伤破损的风险，本发明专利技术还在遮光层上制备了一层保护层，提升了封装质量。提升了封装质量。提升了封装质量。

【技术实现步骤摘要】
一种图像传感器晶圆级封装方法及封装结构


[0001]本专利技术涉及半导体芯片封装
，具体涉及一种图像传感器晶圆级封装方法及封装结构。

技术介绍

[0002]CIS芯片是一种图像传感器，也称为CMOS图像传感器(CIS，Complementary Metal
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Oxide
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Semiconductor Image Sensor)。它是一种将光信号转换为电信号的器件，广泛应用于数码相机、手机摄像头、安防监控等领域。CIS芯片制造采用CMOS工艺，可以在普通硅片上完成制造，不需要额外的加工工艺，因此制造成本相对较低。此外，CIS芯片还具有逐行扫描、像素级自动曝光控制、数字信号输出等特点，能够实现高速、高清、低噪声的图像采集和传输。但是传统的CIS芯片封装结构仍旧存在以下问题：
[0003]光入射面没有设置遮光结构，当入射光照射到光学感应芯片上方以外的区域时，部分光线会被反射出去，在光学感应芯片形成炫光。而且，光线在不同区域内反射或干涉后，在光学感应芯片会出现鬼影现象，影响成像质量。

技术实现思路

[0004]针对图像传感器芯片封装结构中的光入射面没有设置遮光结构，容易造成炫光及鬼影等缺陷的问题，本专利技术提供了一种图像传感器晶圆级封装方法及封装结构，通过在光入射面设置遮光层来解决上述问题，并借助旋涂和/或光刻工艺将遮光层厚度缩小至1μm以内。为了避免遮光层出现划伤破损的风险，本专利技术还在遮光层上制备了一层保护层，提升了封装质量。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种图像传感器晶圆级封装方法，包括以下步骤：
[0007]S1：透明盖板、晶圆均具有背向的第一表面、第二表面，在透明盖板第一表面制作围堰，晶圆的第一表面上设有焊盘和光学感应芯片；
[0008]S2：将透明盖板的第一表面与晶圆的第一表面相对设置，以围堰作为透明盖板第一表面与晶圆第一表面的支撑连接物，将透明盖板与晶圆键合在一起；
[0009]S3：在透明盖板第二表面上制作遮光层，所述遮光层为环绕每一个光学感应芯片的环状；
[0010]S4：在遮光层上方覆盖保护层，所述保护层与光学感应芯片对应的区域为透光结构；
[0011]S5：在晶圆第二表面上刻蚀出沟槽，并在沟槽与焊盘对应的位置处制作硅通孔；
[0012]S6：在晶圆第二表面上制作钝化层；
[0013]S7：利用TSV
‑
激光打孔、局部刻蚀、NOTCH刀片切割工艺暴露出焊盘的导电部分；
[0014]S8：在晶圆第二表面、沟槽、硅通孔、焊盘裸露的导电部分沉积种子层；并在种子层上制作连接焊盘的金属线路；
[0015]S9：在种子层和金属线路上制作阻焊层，在阻焊层上开窗并制作与金属线路电连接的焊球；
[0016]S10：将晶圆级封装后的晶圆切割成单颗芯片。
[0017]进一步地，在步骤S1中，所述透明盖板为玻璃，厚度为100～1500μm。
[0018]所述围堰采用感光油墨、干膜、玻璃、硅基板、有机基板中的一种制成；在透明盖板第一表面上围绕光学感应芯片呈单圈或多圈环状排布，厚度为5～200μm；制作方式是有机光敏材料的光刻技术、D打印、网版印刷、使用滚筒滚胶中的一种。
[0019]进一步地，在步骤S2中，所述透明盖板与晶圆通过永久键合胶水进行键合，或使用晶圆级压合机台设备对透明盖板与晶圆进行压合。
[0020]进一步地，在步骤S3中，所述遮光层采用吸光材料制成，厚度小于1μm，制作方式为旋涂或光刻技术。
[0021]进一步地，在步骤S4中，覆盖保护层为溅镀围绕光学感应芯片的环状增透层、物理气相沉积围绕光学感应芯片的环状SiO2层，或覆盖一层保护玻璃；优选的，所述AR涂层的厚度为1～5μm；SiO2层的厚度为1
‑
2μm；所述保护玻璃采用压合的方式固定在遮光层上，保护玻璃的厚度为50μm。
[0022]进一步地，步骤S5中，所述刻蚀步骤前先减薄晶圆的硅，减薄方式为采用金刚石磨轮进行机械研磨、机械化学研磨抛光、等离子体干法蚀刻或使用含氟的药水进行湿法腐蚀，或者使用金刚石磨轮进行机械研磨后再采用等离子干法蚀刻；减薄后晶圆的硅的厚度为50～200μm。
[0023]进一步地，在步骤S5中，所述刻蚀沟槽的过程为：在晶圆第二表面上涂覆光刻胶并进行图案化感光处理；然后使用化学药剂进行显影，制作出光刻胶图形；接着采用等离子体干法蚀刻/湿法腐蚀工艺对没有被光刻胶覆盖的部分进行蚀刻或腐蚀；完成后去除晶圆上的光刻胶，并清洗晶圆。
[0024]所述制作硅通孔的过程为：在沟槽上涂覆光刻胶并进行图案化感光处理，然后使用化学药剂进行显影，制作出光刻胶图形；接着采用等离子体干法蚀刻/湿法腐蚀工艺对没有被光刻胶覆盖的部分进行蚀刻/腐蚀；完成后去除晶圆上的光刻胶，并清洗晶圆。
[0025]进一步地，步骤S8中，所述种子层金属为Ti/Cu、TiW/Cu或Cr/Cu结构；所述Ti/Cu结构中Ti的厚度为0.05～0.5μm，Cu的厚度为0.5～3μm。
[0026]步骤S9中，所述阻焊层的制作方式为旋涂，接着通过光刻技术在阻焊层上开窗。
[0027]一种图像传感器的封装结构，包括：透明盖板和硅衬底，透明盖板和硅衬底均具有相对的第一表面与第二表面；硅衬底的第一表面上具有光学感应芯片，透明盖板的第一表面与硅衬底的第一表面相对设置、且由围堰支撑围成容纳光学感应芯片的空间；在透明盖板的第二表面上具有环绕光学感应芯片的遮光层，在遮光层的上层具有保护层，所述保护层与光学感应芯片对应的位置为透光结构。
[0028]进一步地，所述保护层为围绕光学感应芯片的环状增透层或SiO2层，或者为覆盖遮光层及透明盖板的保护玻璃。
[0029]本专利技术的有益效果如下：
[0030]1.本专利技术选择从入射面阻挡光线的方式来制作遮光层，消除了光学感应芯片上的炫光、鬼影等缺陷，遮光方式更简单直接，光学感应芯片的成像质量更高。
[0031]2.由于遮光层耐磨性差，易出现划伤破损等现象，因此本专利技术增加了遮光层保护层，提升封装质量。
[0032]3.本专利技术中的增透层、SiO2层和玻璃保护层均能够增加器件的耐磨性和耐腐蚀性，延长使用寿命。其中增透层层可以减少眩光和反射；SiO2层可以提高其抗紫外线性能和防污染能力；玻璃保护层具有良好的透明性、化学稳定性和机械强度，可以提高器件的抗划伤性能、耐高温性能和抗紫外线性，适用于高温和化学反应等环境下使用。
附图说明
[0033]图1为在透明盖板上制作围堰的结构示意图；
[0034]图2为将透明盖板与晶圆键合后的结构示意图；
[0035]图3为在透明盖板第二表面上制作遮光层后的结构示意图；
[0036]图4为以增透层或SiO2层为保护层的结构示意图；
[0037]图5为将晶圆减薄后的结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器晶圆级封装方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：透明盖板(101)、晶圆(106)均具有背向的第一表面、第二表面，在透明盖板(101)第一表面制作围堰(102)，晶圆(106)的第一表面上设有焊盘(104)和光学感应芯片(105)；S2：将透明盖板(101)的第一表面与晶圆(106)的第一表面相对设置，以围堰(102)作为透明盖板(101)第一表面与晶圆(106)第一表面的支撑连接物，将透明盖板(101)与晶圆(106)键合在一起；S3：在透明盖板(101)第二表面上制作遮光层(201)，所述遮光层(201)为环绕每一个光学感应芯片(105)的环状；S4：在遮光层(201)上方覆盖保护层(202)，所述保护层(202)与光学感应芯片(105)对应的区域为透光结构；S5：在晶圆(106)第二表面上刻蚀出沟槽(107)，并在沟槽(107)与焊盘(104)对应的位置处制作硅通孔(108)；S6：在晶圆(106)第二表面上制作钝化层(109)；S7：利用TSV
‑
激光打孔、局部刻蚀、NOTCH刀片切割工艺暴露出焊盘(104)的导电部分；S8：在晶圆(106)第二表面、沟槽(107)、硅通孔(108)、焊盘(104)裸露的导电部分沉积种子层(116)；并在种子层(116)上制作连接焊盘(104)的金属线路(111)；S9：在种子层(116)和金属线路(111)上制作阻焊层(112)，在阻焊层(112)上开窗并制作与金属线路(111)电连接的焊球(113)；S10：将晶圆级封装后的晶圆切割成单颗芯片。2.根据权利要求1所述的图像传感器晶圆级封装方法，其特征在于，在步骤S1中，所述透明盖板(101)为玻璃，厚度为100～1500μm；所述围堰(102)采用感光油墨、干膜、玻璃、硅基板、有机基板中的一种制成；在透明盖板(101)第一表面上围绕光学感应芯片(105)呈单圈或多圈环状排布，厚度为5～200μm；制作方式是有机光敏材料的光刻技术、3D打印、网版印刷、使用滚筒滚胶中的一种。3.根据权利要求1所述的图像传感器晶圆级封装方法，其特征在于，在步骤S2中，所述透明盖板(101)与晶圆(106)通过永久键合胶水(103)进行键合，或使用晶圆级压合机台设备对透明盖板(101)与晶圆(106)进行压合。4.根据权利要求1所述的图像传感器晶圆级封装方法，其特征在于，在步骤S3中，所述遮光层(201)采用吸光材料制成，厚度小于1μm，制作方式为旋涂或光刻技术。5.根据权利要求1所述的图像传感器晶圆级封装方法，其特征在于，在步骤S4中，覆盖保护层(202)为溅镀围绕光学感...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕军，苏航，金科，蒋海洋，
申请(专利权)人：苏州科阳半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：