專利名稱：鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶圓級(jí)圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，屬于半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是將外界光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并且所獲電信號(hào)經(jīng)過(guò)處理，可以最終成像的半導(dǎo)體器件。晶圓級(jí)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(tǒng)引線健合封裝，具有封裝尺寸小、價(jià)格便宜、且下游組裝時(shí)感光區(qū)不易受污染等優(yōu)點(diǎn)，正在受到越來(lái)越多的關(guān)注。由于圖像傳感器的芯片電極或芯片內(nèi)部金屬層與芯片感光區(qū)均位于芯片正面，所以晶圓級(jí)封裝就需要將芯片正面留作感光窗口，而將芯片內(nèi)部金屬層從芯片正面重新分布到芯片背面，以實(shí)現(xiàn)與外界的互聯(lián)。實(shí)現(xiàn)這種正背面轉(zhuǎn)移可以通過(guò)硅通孔(Through Silicon Via)互聯(lián)方法。硅通孔互聯(lián)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 50-100 μ m左右，深度在IOOym左右。然后對(duì)裸露出硅包括本體及孔內(nèi)的硅進(jìn)行絕緣化處理，以及需要在孔底部開(kāi)出互聯(lián)窗口以便后續(xù)填充金屬與芯片內(nèi)部金屬層形成接觸。接著需要在孔內(nèi)填充金屬，以及重新分布金屬線路層。這種晶圓級(jí)圖像傳感器封裝方式由于引入了硅通孔互聯(lián)，使得封裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜；并且硅通孔互聯(lián)技術(shù)還不成熟，往往由于孔內(nèi)絕緣不好、互聯(lián)窗口不完整以及金屬填充不實(shí)的導(dǎo)致失效或可靠性不好，導(dǎo)致這類利用硅通孔互聯(lián)進(jìn)行的晶圓級(jí)圖像傳感器封裝存在工藝難度大、互聯(lián)可靠性低的問(wèn)題。其中，以美國(guó)的Tessera、韓國(guó)三星、日本東芝以及意法半導(dǎo)體均采用了硅通孔互連結(jié)構(gòu)的封裝形式，但其封裝過(guò)程必須與芯片設(shè)計(jì)方能實(shí)現(xiàn)，對(duì)于大部分封裝廠來(lái)講，與芯片設(shè)計(jì)的協(xié)同是非常困難的，在解決封裝廠不依賴芯片設(shè)計(jì)方面，雖然美國(guó)的"Tessera的專利技術(shù)解決了部分問(wèn)題，但是其工藝的易實(shí)現(xiàn)性和結(jié)構(gòu)的可靠性方面都還存在較多的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的晶圓級(jí)圖像傳感器封裝方法和結(jié)構(gòu)的不足，提供不依賴于芯片設(shè)計(jì)、易于工藝實(shí)現(xiàn)且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、互聯(lián)可靠性好的鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，所述結(jié)構(gòu)包括已經(jīng)設(shè)置有芯片內(nèi)部鈍化層、芯片內(nèi)部金屬層及感光區(qū)的芯片本體，在芯片本體的上表面設(shè)置有隔離層，隔離層覆蓋或不覆蓋感光區(qū)；在隔離層上設(shè)置透光蓋板，在隔離層不覆蓋感光區(qū)時(shí)，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芯片內(nèi)部鈍化層的下表面，使芯片內(nèi)部鈍化層下表面裸露出來(lái)；在芯片內(nèi)部鈍化層和芯片內(nèi)部金屬層上形成盲孔I，且盲孔I停止于隔離層內(nèi)部；在所述盲孔I內(nèi)以及芯片內(nèi)部鈍化層的下表面形成釘帽，在芯片本體下表面、硅溝槽內(nèi)、裸露出的芯片內(nèi)部鈍化層的下表面以及釘帽的帽沿的表面選擇性的設(shè)置絕緣層，并在所述釘帽下方的絕緣層上設(shè)置開(kāi)口，形成盲孔II，金屬線路層填充于所述盲孔II內(nèi)，形成釘頭，及選擇的形成于絕緣層表面，釘頭與所述釘帽形成鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)，使金屬線路層與釘帽形成互連，在絕緣層及金屬線路層上選擇性的設(shè)置線路保護(hù)層，同時(shí)在金屬線路層露出線路保護(hù)層的地方設(shè)置焊球；所述結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法包括以下工藝過(guò)程
1)、通過(guò)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(guò)健合的方法，使隔離層與芯片本體結(jié)合起來(lái)。優(yōu)選的，健合前在隔離層上涂覆膠水形成或增加健合后隔離層與芯片本體之間的結(jié)合力；
3)、通過(guò)晶圓片磨片及應(yīng)力層去除的方法得到芯片本體的目標(biāo)厚度；
4)、通過(guò)光刻結(jié)合硅刻蝕的方法形成硅溝槽；
5)、通過(guò)激光打孔的方式將芯片內(nèi)部鈍化層和芯片內(nèi)部金屬層打開(kāi)，在芯片內(nèi)部鈍化和芯片內(nèi)部金屬層上形成盲孔I，且盲孔I停止于隔離層內(nèi)部；
6)、利用濺射、光刻或電鍍的方式形成釘帽；
7)、利用噴膠工藝，在芯片本體下表面、硅溝槽內(nèi)、裸露出的芯片內(nèi)部鈍化層的下表面以及釘帽的帽沿的表面選擇性的設(shè)置絕緣層；
8)、利用激光打孔方式在所述釘帽下方的絕緣層上開(kāi)口，形成盲孔II；
9)、通過(guò)濺射、光刻、電鍍或化學(xué)鍍的方法形成釘頭和金屬線路層；
10)、通過(guò)光刻的方法形成線路保護(hù)層；
11)、通過(guò)放置焊球或印刷焊料，然后回流的方法形成焊球。本發(fā)明鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，所述隔離層覆蓋感光區(qū)時(shí)，隔離層采用透光材料。本發(fā)明鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，所述釘帽的帽頭部分填充于所述盲孔I內(nèi)，釘帽的帽沿部分緊貼芯片內(nèi)部鈍化層的下表面。本發(fā)明鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，所述釘頭位于釘帽的帽頭正下方。本發(fā)明鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，所述釘頭偏出釘帽的帽頭正下方。本發(fā)明的有益效果是
1、通過(guò)形成硅溝槽并停止于芯片內(nèi)部鈍化層的表面，然后通過(guò)激光將鈍化層打開(kāi)并暴露金屬電極，鉚釘結(jié)構(gòu)的互聯(lián)方式，提升了觸點(diǎn)處的連接可靠性，且易于工藝控制，不依賴于芯片設(shè)計(jì)。2、利用硅溝槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行的光刻、電鍍等工藝相對(duì)于硅通孔結(jié)構(gòu)工藝比較簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明涉及的鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)的切面示意圖。圖中隔離層沒(méi)有覆蓋于感光區(qū)，從而形成空腔。圖2為圖1的I放大結(jié)構(gòu)一示意圖。圖3為圖1的I放大結(jié)構(gòu)二示意圖。圖中芯片本體1、芯片內(nèi)部鈍化層2、芯片內(nèi)部金屬層3、感光區(qū)4、透光蓋板5、隔離層6、盲孔I 6. 1、釘帽7、帽頭7-1、帽沿7-2、絕緣層8、盲孔II 8-1、金屬線路層9、釘頭9_1、金屬線路層與絕緣層重疊部分9-2、線路保護(hù)層10、焊球11、空腔12、硅溝槽13。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1，圖1為本發(fā)明涉及的鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)的切面示意圖。由圖1可以看出，本發(fā)明鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，包括已經(jīng)設(shè)置有芯片內(nèi)部鈍化層2、芯片內(nèi)部金屬層3及感光區(qū)4的芯片本體1，芯片內(nèi)部鈍化層、芯片內(nèi)部金屬層及感光區(qū)均是圖像傳感器芯片本身具有的結(jié)構(gòu)，不屬于本發(fā)明專利涉及的封裝范疇。取決于芯片本體本身結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)部鈍化層厚度通常在Iym左右。在芯片本體1的上表面設(shè)置有隔離層6，隔離層6可以覆蓋或不覆蓋感光區(qū)；在隔離層6上設(shè)置透光蓋板5，優(yōu)選的，透光蓋板5是光學(xué)玻璃。在隔離層6不覆蓋感光區(qū)4時(shí)，透光蓋板5、隔離層6及芯片本體1 之間形成空腔12 ；隔離層6覆蓋感光區(qū)4時(shí)，隔離層6采用透光材料。在芯片本體1上形成硅溝槽13，且硅溝槽13底部直接停止芯片內(nèi)部鈍化層2的下表面，使芯片內(nèi)部鈍化層2 下表面裸露出來(lái)；通過(guò)激光燒蝕形成的方式在芯片內(nèi)部鈍化層2和芯片內(nèi)部金屬層3上形成盲孔I 6-1，且盲孔I 6-1停止于隔離層6內(nèi)部，通過(guò)光刻、電鍍等方式在所述盲孔I 6-1 以及芯片內(nèi)部鈍化層2的下表面形成釘帽7，在芯片本體1下表面、硅溝槽13側(cè)壁、裸露出的芯片內(nèi)部鈍化層2的下表面以及釘帽7的帽沿7-2的表面選擇性的設(shè)置絕緣層8，絕緣層8厚度以滿足產(chǎn)品性能要求為準(zhǔn)；并在所述釘帽7下方的絕緣層8上設(shè)置開(kāi)口，形成盲孔 II 8-1，金屬線路層9通過(guò)光刻、電鍍的方式填充于所述盲孔II 8-1內(nèi)，形成釘頭9-1，及選擇的形成于絕緣層8表面，釘頭9-1與所述釘帽7形成鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)，使金屬線路層9與釘帽7形成互連，金屬線路層9本身也沿著硅溝槽13側(cè)壁延展至芯片本體1背面，從而將芯片的電氣信號(hào)從芯片內(nèi)部金屬層重新分布到芯片本體背面。在絕緣層8及金屬線路層9上選擇性的設(shè)置線路保護(hù)層10，目的是保護(hù)金屬線路層，同時(shí)在金屬線路層9露出線路保護(hù)層10的地方設(shè)置焊球11。圖2為圖1的I放大結(jié)構(gòu)一示意圖。是圖1局部結(jié)構(gòu)之一，其特點(diǎn)是明確盲孔區(qū)域的金屬互連方式，所述釘帽7的帽頭7-1部分填充于所述盲孔I 6. 1內(nèi)，釘帽7的帽沿 7-2部分緊貼芯片內(nèi)部鈍化層2的下表面，與芯片鈍化層2緊密連接，從而實(shí)現(xiàn)芯片電路的引出。通常情況，帽沿直徑大于盲孔II 8-1直徑。在所述盲孔II 8-1內(nèi)通過(guò)再布線工藝形成釘頭9-1，釘頭9-1位于釘帽7的帽頭7-1正下方，金屬線路層與絕緣層重疊部分9-2。圖3為圖1的I放大結(jié)構(gòu)二示意圖。也是圖1局部結(jié)構(gòu)之一，與圖2的主要不同點(diǎn)在于釘頭9-1不是位于釘帽7的帽頭7-1正下方，而是特意偏出。整個(gè)封裝的起點(diǎn)為由集成了芯片內(nèi)部鈍化層2、芯片內(nèi)部金屬層3及芯片感光區(qū) 4的芯片本體1組成的晶圓，通過(guò)下列過(guò)程得到鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)
1)、通過(guò)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(guò)健合的方法，使隔離層與芯片本體結(jié)合起來(lái)。優(yōu)選的，健合前在隔離層上涂覆膠水形成或增加健合后隔離層與芯片本體之間的結(jié)合力；
3)、通過(guò)晶圓片磨片及應(yīng)力層去除的方法得到芯片本體的目標(biāo)厚度；
4)、通過(guò)光刻結(jié)合硅刻蝕的方法形成硅溝槽；5)、通過(guò)激光打孔的方式將芯片內(nèi)部鈍化層和芯片內(nèi)部金屬層打開(kāi)，在芯片內(nèi)部鈍化和芯片內(nèi)部金屬層上形成盲孔I，且盲孔I停止于隔離層內(nèi)部；
6)、利用濺射、光刻或電鍍的方式形成釘帽；
7)、利用噴膠工藝，在芯片本體下表面、硅溝槽內(nèi)、裸露出的芯片內(nèi)部鈍化層的下表面以及釘帽的帽沿的表面選擇性的設(shè)置絕緣層；
8)、利用激光打孔方式在所述釘帽下方的絕緣層上開(kāi)口，形成盲孔II；
9)、通過(guò)濺射、光刻、電鍍或化學(xué)鍍的方法形成釘頭和金屬線路層；
10)、通過(guò)光刻的方法形成線路保護(hù)層；
11)、通過(guò)放置焊球或印刷焊料，然后回流的方法形成焊球。
所述芯片本體與芯片本體之間部分工藝過(guò)程采用溝槽結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，所述結(jié)構(gòu)包括已經(jīng)設(shè)置有芯片內(nèi)部鈍化層(2)、芯片內(nèi)部金屬層(3)及感光區(qū)(4)的芯片本體(1)，其特征在于在芯片本體(1)的上表面設(shè)置有隔離層(6)，隔離層(6)覆蓋或不覆蓋感光區(qū)；在隔離層(6)上設(shè)置透光蓋板(5)，在隔離層(6)不覆蓋感光區(qū)(4)時(shí)，透光蓋板(5)、隔離層(6)及芯片本體(1)之間形成空腔(12)；在芯片本體(1)上形成硅溝槽(13)，且硅溝槽(13)底部直接停止芯片內(nèi)部鈍化層(2 )的下表面，使芯片內(nèi)部鈍化層(2 )下表面裸露出來(lái)；在芯片內(nèi)部鈍化層(2)和芯片內(nèi)部金屬層(3)上形成盲孔I (6. 1)，且盲孔I (6. 1)停止于隔離層(6)內(nèi)部； 在所述盲孔I (6. 1)內(nèi)以及芯片內(nèi)部鈍化層(2)的下表面形成釘帽(7)，在芯片本體(1)下表面、硅溝槽(13)內(nèi)、裸露出的芯片內(nèi)部鈍化層(2)的下表面以及釘帽(7)的帽沿(7-2)的表面選擇性的設(shè)置絕緣層(8)，并在所述釘帽(7)下方的絕緣層(8)上設(shè)置開(kāi)口，形成盲孔 II (8-1)，金屬線路層(9)填充于所述盲孔II (8-1)內(nèi)，形成釘頭(9-1)，及選擇的形成于絕緣層(8 )表面，釘頭(9-1)與所述釘帽(7 )形成鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)，使金屬線路層(9 )與釘帽(7 ) 形成互連，在絕緣層(8)及金屬線路層(9)上選擇性的設(shè)置線路保護(hù)層(10)，同時(shí)在金屬線路層(9)露出線路保護(hù)層(10)的地方設(shè)置焊球(11);所述結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法包括以下工藝過(guò)程1)、通過(guò)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(guò)健合的方法，使隔離層與芯片本體結(jié)合起來(lái)；3)、通過(guò)晶圓片磨片及應(yīng)力層去除的方法得到芯片本體的目標(biāo)厚度；4)、通過(guò)光刻結(jié)合硅刻蝕的方法形成硅溝槽；5)、通過(guò)激光打孔的方式將芯片內(nèi)部鈍化層和芯片內(nèi)部金屬層打開(kāi)，在芯片內(nèi)部鈍化和芯片內(nèi)部金屬層上形成盲孔I，且盲孔I停止于隔離層內(nèi)部；6)、利用濺射、光刻或電鍍的方式形成釘帽；7)、利用噴膠工藝，在芯片本體下表面、硅溝槽內(nèi)、裸露出的芯片內(nèi)部鈍化層的下表面以及釘帽的帽沿的表面選擇性的設(shè)置絕緣層；8)、利用激光打孔方式在所述釘帽下方的絕緣層上開(kāi)口，形成盲孔II；9)、通過(guò)濺射、光刻、電鍍或化學(xué)鍍的方法形成釘頭和金屬線路層；10)、通過(guò)光刻的方法形成線路保護(hù)層；11)、通過(guò)放置焊球或印刷焊料，然后回流的方法形成焊球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述釘帽(7)的帽頭(7-1)部分填充于所述盲孔I (6. 1)內(nèi)，釘帽(7)的帽沿(7-2) 部分緊貼芯片內(nèi)部鈍化層(2)的下表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述釘頭(9-1)位于釘帽(7)的帽頭(7-1)正下方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述釘頭(9-1)偏出釘帽(7)的帽頭(7-1)正下方。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于所述芯片本體與芯片本體之間部分工藝過(guò)程采用溝槽結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)的圖像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方法，所述結(jié)構(gòu)包括已經(jīng)設(shè)置有芯片內(nèi)部鈍化層(2)、芯片內(nèi)部金屬層(3)及感光區(qū)(4)的芯片本體(1)以及隔離層(6)、硅溝槽(13)和盲孔Ⅰ(6.1)，在所述盲孔Ⅰ(6.1)內(nèi)以及芯片內(nèi)部鈍化層(2)的下表面形成釘帽(7)，在芯片本體(1)下表面、硅溝槽(13)內(nèi)、裸露出的芯片內(nèi)部鈍化層(2)的下表面以及釘帽(7)的帽沿(7-2)的表面選擇性的設(shè)置絕緣層(8)，并在所述釘帽(7)下方的絕緣層(8)上設(shè)置開(kāi)口，形成盲孔Ⅱ(8-1)，金屬線路層(9)填充于所述盲孔Ⅱ(8-1)內(nèi)，形成釘頭(9-1)，及選擇的形成于絕緣層(8)表面，釘頭(9-1)與所述釘帽(7)形成鉚釘互聯(lián)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明方法易于實(shí)現(xiàn)且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、互聯(lián)可靠性好。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102376734SQ20111034671
公開(kāi)日2012年3月14日 申請(qǐng)日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者張黎, 賴志明, 陳棟, 陳錦輝 申請(qǐng)人:江陰長(zhǎng)電先進(jìn)封裝有限公司