【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体芯片制造领域，特别涉及一种半导体芯片的封装结构及其形成方法。
技术介绍
1、cmos图像传感器(cmos image sensor，cis)是数字摄像头的重要组成部分，其成像的原理是通过光敏器件进行感光，从而将光信号转换为电信号，然后输出图像。随着数码安防产品的cis产品对像素要求越来越高，导致cis芯片的像素区越来越大，芯片的整体尺寸也随之越来越大。
2、晶圆级芯片尺寸封装(wafer level chip size packaging，wlcsp)是当今主流的半导体芯片封装技术，其通过层层沉积、图案化、电镀、固化等步骤形成介质层和导电结构，由于介质层和导电结构均采用具有不同热膨胀系数(cte)的材料制成，当在封装或可靠性过程中温度发生变化时，不同材料的膨胀或收缩程度不同，容易造成cis芯片出现金属导线与焊盘的连接处断裂或分层等现象，从而引起芯片功能的失效，影响产品良率以及产品的后续可靠性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种半导体芯片封装结构及其形成方法，以减小不同热膨胀系数的材料对焊盘产生的应力大小，从而降低焊盘金属层断裂的风险，提高半导体芯片封装结构的稳定性和可靠性。
2、为实现上述目的，本专利技术的第一方面提供一种半导体芯片封装结构，其包括：芯片晶圆；基板，所述基板与所述芯片晶圆压合；其中，所述封装结构的压合区包括焊盘，以及对应形成在所述焊盘上方的开孔，所述开孔自所述芯片晶圆背面贯通至露出所述焊盘；金属导线，其设置在所
3、可选地，所述芯片晶圆的背面对应压合区的部分被去除以形成台阶，所述开孔设置在所述台阶位置，其中，芯片晶圆的所述台阶部分的厚度是所述芯片晶圆的中间部分的厚度的1/3到1/2之间。
4、可选地，所述焊盘表面设置有介质层；并且在芯片晶圆和基板压合后，所述芯片晶圆背面还覆盖绝缘层；所述开孔贯穿所述绝缘层和介质层。
5、可选地，所述介质层表面设置为不平整表面以分散接触压力。
6、可选地，所述芯片晶圆包括感光芯片，所述焊盘对称、或不对称的围绕所述感光芯片的感光区布置。
7、本专利技术的第二方面提供一种如上所述的半导体芯片封装结构的形成方法，所述方法包括防焊漆层的形成步骤，其中，通过控制防焊漆液体的粘度以及形成防焊漆后到开始烘烤的时间的控制以形成防焊漆层，使得所述防焊漆层在对应所述开孔内的部分包含有一个或多个空腔。
8、可选地，所述方法包含如下步骤：步骤s1：提供基板和芯片晶圆，将所述基板和芯片晶圆压合；步骤s2：对压合后的芯片晶圆背面进行减薄操作，形成台阶；步骤s3：通过多次曝光显影和蚀刻，在所述台阶上形成开孔，露出所述焊盘；步骤s4：在所述开孔内形成金属导线，所述金属导线第一端与焊盘连接，第二端沿开孔的侧壁延伸至芯片晶圆的背面；步骤s5：在所述芯片晶圆的覆盖防焊漆，所述防焊漆沿芯片晶圆的背面和开孔的侧壁流动，覆盖所述金属导线；其中，管控形成防焊漆层后到开始烘烤的时间，在所述开孔内形成具有空腔的防焊漆层。
9、可选地，所述管控形成防焊漆层后到开始烘烤的时间在60分钟内。
10、可选地，所述防焊漆层包括一个所述空腔，且所述空腔的直径大于所述开孔尺寸的1/3。
11、可选地，所述台阶高度为减薄操作后的芯片晶圆的背面厚度的1/3～1/2。
12、可选地，在所述芯片晶圆的背面例如通过印刷方式涂布以覆盖防焊漆包括：将丝网放置在芯片晶圆的背面上方，刮刀带动防焊漆沿所述丝网的表面移动，所述防焊漆沿所述开口流动到芯片晶圆的背面以及所述开孔内。
13、可选地，所述防焊漆粘度范围为(15000±3000)mpa·s。
14、可选地，对压合后的芯片晶圆背面进行减薄操作，包括如下步骤：s21、对压合后的芯片晶圆背面进行研磨减薄；s22、在研磨减薄后的芯片晶圆背面形成减薄光刻胶层，并进行曝光显影和减薄蚀刻，去除芯片晶圆背面的周侧边缘部分以形成所述台阶。
15、可选地，所述芯片晶圆的焊盘表面形成有介质层，其中，在所述台阶上形成开孔包括如下步骤：s31、在所述台阶上形成第一光刻胶层，通过第一曝光显影和第一蚀刻，形成贯穿所述芯片晶圆背面的第一开口，露出所述介质层；s32、在包含第一开口的芯片晶圆背面形成绝缘层，在绝缘层上形成第二光刻胶层或利用绝缘层作为光刻胶层，并进行第二曝光显影和第二蚀刻，去除第一开口底部的绝缘层和介质层，形成第二开口，所述第一开口和第二开口连通形成所述开孔，露出所述焊盘。
16、可选地，步骤s32所述的在包含第一开口的芯片晶圆背面形成绝缘层前，还包括：对所述介质层的预蚀刻操作，将介质层的厚度减薄至原厚度的30％～95％，以使得介质层表面形成为不平整表面以分散接触压力。
17、可选地，所述在所述开孔内形成金属导线包括如下步骤：在包括开孔的芯片晶圆背面溅射金属种子层，对金属种子层进行电镀增厚形成金属层，在金属层上形成第三光刻胶层，并进行第三曝光显影和金属蚀刻，获得所述金属导线。
18、可选地，还包括在所述防焊漆层上形成第三开口，露出金属导线的第二端，并在第三开口内形成焊膏。
19、与现有技术相比，本专利技术提供的一种半导体芯片封装结构及其形成方法，通过控制焊漆液体的粘度以及防焊漆层覆盖芯片晶圆的背面后到开始烘烤的时间，可以在所述开孔内形成具有空腔的防焊漆层，一方面减少了防焊漆层与开孔的接触面积，消除了防焊漆层作用于金属导线上的应力，进而避免了金属导线与焊盘连接处的断裂和封层脱离的现象；另一方面，所述空腔提供了容纳形变的冗余空间，吸收了部分由于热膨胀系数不同而产生的形变，进而减少了防焊漆层对金属导线的应力，提高了芯片晶圆的可靠性，还通过将介质层表面形成为不平整表面以进一步缓解残余应力，介质层提供的不平整表面可以提供与其接触的材料层的多个方向的接触，避免平面接触导致的应力在同一个方向积累，从而将开孔内的原本集中在某一方向的应力进行分散释放，从而金属导线与焊盘位置的结合更加牢固。进一步的，通过将开孔设置在芯片晶圆背面的台阶的位置，并严格管控台阶的厚度设置为芯片晶圆的中间部分(非减薄部分)的厚度的1/3到1/2之间，可以方便通过管控时间以在开孔内形成具有空腔的防焊漆层，其中，台阶厚度的管控可以尽量使得金属导线和防焊漆层产生的应力朝向不同方向，同时兼顾降低开孔的形成难度以便于露出焊盘，总体上提高半导体芯片封装结构的制造良率稳定性。
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1.一种半导体芯片封装结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，所述芯片晶圆的背面对应压合区的部分被去除以形成台阶，所述开孔设置在所述台阶位置，其中，芯片晶圆的所述台阶部分的厚度是所述芯片晶圆的中间部分的厚度的1/3到1/2之间。
3.如权利要求1所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，所述焊盘表面设置有介质层；并且在芯片晶圆和基板压合后，所述芯片晶圆背面还覆盖绝缘层；所述开孔贯穿所述绝缘层和介质层。
4.如权利要求3所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，所述介质层表面设置为不平整表面以分散接触压力。
5.如权利要求1所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，所述芯片晶圆包括感光芯片，所述焊盘对称、或不对称的围绕所述感光芯片的感光区布置。
6.一种根据权利要求1～5任一项所述的半导体芯片封装结构的形成方法，其特征在于，所述方法包括防焊漆层的形成步骤，其中，通过控制防焊漆液体的粘度以及形成防焊漆后到开始烘烤的时间的控制以形成防焊漆层，使得所述防焊漆层在对应所述开孔内的部分包含有一个或多个空腔
7.如权利要求6所述的形成方法，其特征在于，包含如下步骤：
8.如权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述管控形成防焊漆层后到开始烘烤的时间在60分钟内。
9.如权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述防焊漆层包括一个所述空腔，且所述空腔的直径大于所述开孔尺寸的1/3。
10.如权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述台阶高度为减薄操作后的芯片晶圆的背面厚度的1/3～1/2。
11.如权利要求7所述的形成方法，其特征在于，在所述芯片晶圆的背面覆盖防焊漆包括：将丝网放置在芯片晶圆的背面上方，刮刀带动防焊漆沿所述丝网的表面移动，所述防焊漆沿所述开口流动到芯片晶圆的背面以及所述开孔内。
12.如权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述防焊漆粘度范围为(15000±3000)mPa·s。
13.如权利要求7所述的形成方法，其特征在于，对压合后的芯片晶圆背面进行减薄操作，包括如下步骤：
14.如权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述芯片晶圆的焊盘表面形成有介质层，其中，在所述台阶上形成开孔包括如下步骤：
15.如权利要求14所述的形成方法，其特征在于，步骤S32所述的在包含第一开口的芯片晶圆背面形成绝缘层前，还包括：对所述介质层的预蚀刻操作，将介质层的厚度减薄至原厚度的30％～95％，以使得介质层表面形成为不平整表面以分散接触压力。
16.如权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述在所述开孔内形成金属导线包括如下步骤：在包括开孔的芯片晶圆背面溅射金属种子层，对金属种子层进行电镀增厚形成金属层，在金属层上形成第三光刻胶层，并进行第三曝光显影和金属蚀刻，获得所述金属导线。
17.如权利要求6所述的形成方法，其特征在于，还包括在所述防焊漆层上形成第三开口，露出金属导线的第二端，并在第三开口内形成焊膏。
...【技术特征摘要】
1.一种半导体芯片封装结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，所述芯片晶圆的背面对应压合区的部分被去除以形成台阶，所述开孔设置在所述台阶位置，其中，芯片晶圆的所述台阶部分的厚度是所述芯片晶圆的中间部分的厚度的1/3到1/2之间。
3.如权利要求1所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，所述焊盘表面设置有介质层；并且在芯片晶圆和基板压合后，所述芯片晶圆背面还覆盖绝缘层；所述开孔贯穿所述绝缘层和介质层。
4.如权利要求3所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，所述介质层表面设置为不平整表面以分散接触压力。
5.如权利要求1所述的半导体芯片封装结构，其特征在于，所述芯片晶圆包括感光芯片，所述焊盘对称、或不对称的围绕所述感光芯片的感光区布置。
6.一种根据权利要求1～5任一项所述的半导体芯片封装结构的形成方法，其特征在于，所述方法包括防焊漆层的形成步骤，其中，通过控制防焊漆液体的粘度以及形成防焊漆后到开始烘烤的时间的控制以形成防焊漆层，使得所述防焊漆层在对应所述开孔内的部分包含有一个或多个空腔。
7.如权利要求6所述的形成方法，其特征在于，包含如下步骤：
8.如权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述管控形成防焊漆层后到开始烘烤的时间在60分钟内。
9.如权利要求7所述的形成方法，其特征在于，所述防焊漆层包括一个所述空腔，且所述空腔的直径大于所述开孔尺寸的1/3。
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【专利技术属性】
技术研发人员：夏欢，
申请(专利权)人：格科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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