CN102376733A - 铆钉互联结构的图像传感器封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铆钉互联结构的图像传感器封装结构，所述结构包括已经设置有芯片内部钝化层（2）、芯片内部金属层（3）及感光区（4）的芯片本体（1）以及隔离层（6）、硅沟槽（13）和盲孔Ⅰ（6.1），在所述盲孔Ⅰ（6.1）内以及芯片内部钝化层（2）的下表面形成钉帽（7），在芯片本体（1）下表面、硅沟槽（13）内、裸露出的芯片内部钝化层（2）的下表面以及钉帽（7）的帽沿（7-2）的表面选择性的设置绝缘层（8），并在所述钉帽（7）下方的绝缘层（8）上设置开口，形成盲孔Ⅱ（8-1），金属线路层（9）填充于所述盲孔Ⅱ（8-1）内，形成钉头（9-1），及选择的形成于绝缘层（8）表面，钉头（9-1）与所述钉帽（7）形成铆钉互联结构。本发明易于实现且结构简单、互联可靠性好。

Description

铆钉互联结构的图像传感器封装结构

技术领域

本发明涉及晶圆级图像传感器封装结构。属于半导体封装技术领域。

背景技术

图像传感器是将外界光信号转换成电信号，并且所获电信号经过处理，可以最终成像的半导体器件。晶圆级图像传感器封装是新型的图像传感器封装方式，相比于传统引线健合封装，具有封装尺寸小、价格便宜、且下游组装时感光区不易受污染等优点，正在受到越来越多的关注。由于图像传感器的芯片电极或芯片内部金属层与芯片感光区均位于芯片正面，所以晶圆级封装就需要将芯片正面留作感光窗口，而将芯片内部金属层从芯片正面重新分布到芯片背面，以实现与外界的互联。

实现这种正背面转移可以通过硅通孔（Through Silicon Via）互联方法。硅通孔互联即在芯片背面的硅本体上利用干法刻蚀的方法形成硅通孔、硅通孔的直径在50-100μm左右，深度在100μm左右。然后对裸露出硅包括本体及孔内的硅进行绝缘化处理，以及需要在孔底部开出互联窗口以便后续填充金属与芯片内部金属层形成接触。接着需要在孔内填充金属，以及重新分布金属线路层。这种晶圆级图像传感器封装方式由于引入了硅通孔互联，使得封装结构复杂；并且硅通孔互联技术还不成熟，往往由于孔内绝缘不好、互联窗口不完整以及金属填充不实的导致失效或可靠性不好，导致这类利用硅通孔互联进行的晶圆级图像传感器封装存在工艺难度大、互联可靠性低的问题。

其中，以美国的Tessera、韩国三星、日本东芝以及意法半导体均采用了硅通孔互连结构的封装形式，但其封装过程必须与芯片设计方能实现，对于大部分封装厂来讲，与芯片设计的协同是非常困难的，在解决封装厂不依赖芯片设计方面，虽然美国的Tessera的专利技术解决了部分问题，但是其工艺的易实现性和结构的可靠性方面都还存在较多的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的晶圆级图像传感器封装结构的不足，提供不依赖于芯片设计、易于工艺实现且结构简单、互联可靠性好的铆钉互联结构的图像传感器封装结构。

本发明的目的是这样实现的：一种铆钉互联结构的图像传感器封装结构，所述结构包括已经设置有芯片内部钝化层、芯片内部金属层及感光区的芯片本体，在芯片本体的上表面设置有隔离层，隔离层覆盖或不覆盖感光区；在隔离层上设置透光盖板，在隔离层不覆盖感光区时，透光盖板、隔离层及芯片本体之间形成空腔；在芯片本体上形成硅沟槽，且硅沟槽底部直接停止芯片内部钝化层的下表面，使芯片内部钝化层下表面裸露出来；在芯片内部钝化层和芯片内部金属层上形成盲孔Ⅰ，且盲孔Ⅰ停止于隔离层内部；在所述盲孔Ⅰ内以及芯片内部钝化层的下表面形成钉帽，在芯片本体下表面、硅沟槽内、裸露出的芯片内部钝化层的下表面以及钉帽的帽沿的表面选择性的设置绝缘层，并在所述钉帽下方的绝缘层上设置开口，形成盲孔Ⅱ，金属线路层填充于所述盲孔Ⅱ内，形成钉头，及选择的形成于绝缘层表面，钉头与所述钉帽形成铆钉互联结构，使金属线路层与钉帽形成互连，在绝缘层及金属线路层上选择性的设置线路保护层，同时在金属线路层露出线路保护层的地方设置焊球。

本发明铆钉互联结构的图像传感器封装结构，所述隔离层覆盖感光区时，隔离层采用透光材料。

本发明铆钉互联结构的图像传感器封装结构，所述钉帽的帽头部分填充于所述盲孔Ⅰ内，钉帽的帽沿部分紧贴芯片内部钝化层的下表面。

本发明铆钉互联结构的图像传感器封装结构，所述钉头位于钉帽的帽头正下方。

本发明铆钉互联结构的图像传感器封装结构，所述钉头偏出钉帽的帽头正下方。

本发明的有益效果是：

1、通过形成硅沟槽并停止于芯片内部钝化层的表面，然后通过激光将钝化层打开并暴露金属电极，铆钉结构的互联方式，提升了触点处的连接可靠性，且易于工艺控制，不依赖于芯片设计。

2、利用硅沟槽结构进行的光刻、电镀等工艺相对于硅通孔结构工艺比较简单，易于实现。

附图说明

图1为本发明涉及的铆钉互联结构的图像传感器封装结构的切面示意图。图中隔离层没有覆盖于感光区，从而形成空腔。

图2为图1的Ⅰ放大结构一示意图。

图3为图1的Ⅰ放大结构二示意图。

图中：

芯片本体1、芯片内部钝化层2、芯片内部金属层3、感光区4、透光盖板5、隔离层6、盲孔Ⅰ6.1、钉帽7、帽头7-1、帽沿7-2、绝缘层8、盲孔Ⅱ8-1、金属线路层9、钉头9-1、金属线路层与绝缘层重叠部分9-2、线路保护层10、焊球11、空腔12、硅沟槽13。

具体实施方式

参见图1，图1为本发明涉及的铆钉互联结构的图像传感器封装结构的切面示意图。由图1可以看出，本发明铆钉互联结构的图像传感器封装结构，包括已经设置有芯片内部钝化层2、芯片内部金属层3及感光区4的芯片本体1，芯片内部钝化层、芯片内部金属层及感光区均是图像传感器芯片本身具有的结构，不属于本发明专利涉及的封装范畴。取决于芯片本体本身结构，芯片内部钝化层厚度通常在1μm左右。在芯片本体1的上表面设置有隔离层6，隔离层6可以覆盖或不覆盖感光区；在隔离层6上设置透光盖板5，优选的，透光盖板5是光学玻璃。在隔离层6不覆盖感光区4时，透光盖板5、隔离层6及芯片本体1之间形成空腔12；隔离层6覆盖感光区4时，隔离层6采用透光材料。在芯片本体1上形成硅沟槽13，且硅沟槽13底部直接停止芯片内部钝化层2的下表面，使芯片内部钝化层2下表面裸露出来；通过激光烧蚀形成的方式在芯片内部钝化层2和芯片内部金属层3上形成盲孔Ⅰ6-1，且盲孔Ⅰ6-1停止于隔离层6内部，通过光刻、电镀等方式在所述盲孔Ⅰ6-1以及芯片内部钝化层2的下表面形成钉帽7，在芯片本体1下表面、硅沟槽13侧壁、裸露出的芯片内部钝化层2的下表面以及钉帽7的帽沿7-2的表面选择性的设置绝缘层8，绝缘层8厚度以满足产品性能要求为准；并在所述钉帽7下方的绝缘层8上设置开口，形成盲孔Ⅱ8-1，金属线路层9通过光刻、电镀的方式填充于所述盲孔Ⅱ8-1内，形成钉头9-1，及选择的形成于绝缘层8表面，钉头9-1与所述钉帽7形成铆钉互联结构，使金属线路层9与钉帽7形成互连，金属线路层9本身也沿着硅沟槽13侧壁延展至芯片本体1背面，从而将芯片的电气信号从芯片内部金属层重新分布到芯片本体背面。在绝缘层8及金属线路层9上选择性的设置线路保护层10，目的是保护金属线路层，同时在金属线路层9露出线路保护层10的地方设置焊球11。

图2为图1的Ⅰ放大结构一示意图。是图1局部结构之一，其特点是明确盲孔区域的金属互连方式，所述钉帽7的帽头7-1部分填充于所述盲孔Ⅰ6.1内，钉帽7的帽沿7-2部分紧贴芯片内部钝化层2的下表面，与芯片钝化层2紧密连接，从而实现芯片电路的引出。通常情况，帽沿直径大于盲孔Ⅱ8-1直径。在所述盲孔Ⅱ8-1内通过再布线工艺形成钉头9-1，钉头9-1位于钉帽7的帽头7-1正下方，金属线路层与绝缘层重叠部分9-2。

图3为图1的Ⅰ放大结构二示意图。也是图1局部结构之一，与图2的主要不同点在于钉头9-1不是位于钉帽7的帽头7-1正下方，而是特意偏出。

整个封装的起点为由集成了芯片内部钝化层2、芯片内部金属层 3及芯片感光区4的芯片本体1组成的晶圆，通过下列过程得到铆钉互联结构的图像传感器封装结构：

1）、通过涂覆、曝光、显影、固化或者单纯涂覆工艺在透光盖板表面形成隔离层；

2）、通过健合的方法，使隔离层与芯片本体结合起来。优选的，健合前在隔离层上涂覆胶水形成或增加健合后隔离层与芯片本体之间的结合力； 

3）、通过晶圆片磨片及应力层去除的方法得到芯片本体的目标厚度；

4）、通过光刻结合硅刻蚀的方法形成硅沟槽；

5）、通过激光打孔的方式将芯片内部钝化层和芯片内部金属层打开，在芯片内部钝化和芯片内部金属层上形成盲孔Ⅰ，且盲孔Ⅰ停止于隔离层内部；

6）、利用溅射、光刻或电镀的方式形成钉帽；

7）、利用喷胶工艺，在芯片本体下表面、硅沟槽内、裸露出的芯片内部钝化层的下表面以及钉帽的帽沿的表面选择性的设置绝缘层；

8）、利用激光打孔方式在所述钉帽下方的绝缘层上开口，形成盲孔Ⅱ；

9）、通过溅射、光刻、电镀或化学镀的方法形成钉头和金属线路层；

10）、通过光刻的方法形成线路保护层；

11）、通过放置焊球或印刷焊料，然后回流的方法形成焊球。

所述芯片本体与芯片本体之间部分工艺过程采用沟槽结构。

Claims (5)

1.一种铆钉互联结构的图像传感器封装结构，所述结构包括已经设置有芯片内部钝化层（2）、芯片内部金属层（3）及感光区（4）的芯片本体（1），其特征在于：在芯片本体（1）的上表面设置有隔离层（6），隔离层（6）覆盖或不覆盖感光区；在隔离层（6）上设置透光盖板（5），在隔离层（6）不覆盖感光区（4）时，透光盖板（5）、隔离层（6）及芯片本体（1）之间形成空腔（12）；在芯片本体（1）上形成硅沟槽（13），且硅沟槽（13）底部直接停止芯片内部钝化层（2）的下表面，使芯片内部钝化层（2）下表面裸露出来；在芯片内部钝化层（2）和芯片内部金属层（3）上形成盲孔Ⅰ（6.1），且盲孔Ⅰ（6.1）停止于隔离层（6）内部；在所述盲孔Ⅰ（6.1）内以及芯片内部钝化层（2）的下表面形成钉帽（7），在芯片本体（1）下表面、硅沟槽（13）内、裸露出的芯片内部钝化层（2）的下表面以及钉帽（7）的帽沿（7-2）的表面选择性的设置绝缘层（8），并在所述钉帽（7）下方的绝缘层（8）上设置开口，形成盲孔Ⅱ（8-1），金属线路层（9）填充于所述盲孔Ⅱ（8-1）内，形成钉头（9-1），及选择的形成于绝缘层（8）表面，钉头（9-1）与所述钉帽（7）形成铆钉互联结构，使金属线路层（9）与钉帽（7）形成互连，在绝缘层（8）及金属线路层（9）上选择性的设置线路保护层（10），同时在金属线路层（9）露出线路保护层（10）的地方设置焊球（11）。

2.根据权利要求1所述的一种铆钉互联结构的图像传感器封装结构，其特征在于：所述钉帽（7）的帽头（7-1）部分填充于所述盲孔Ⅰ（6.1）内，钉帽（7）的帽沿（7-2）部分紧贴芯片内部钝化层（2）的下表面。

3.根据权利要求1所述的一种铆钉互联结构的图像传感器封装结构，其特征在于：所述钉头（9-1）位于钉帽（7）的帽头（7-1）正下方。

4.根据权利要求1所述的一种铆钉互联结构的图像传感器封装结构，其特征在于：所述钉头（9-1）偏出钉帽（7）的帽头（7-1）正下方。

5.根据权利要求1所述的一种铆钉互联结构的图像传感器封装结构，其特征在于：所述芯片本体与芯片本体之间部分工艺过程采用沟槽结构。

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