CN102983144B

CN102983144B - 图像传感器的晶圆级封装方法

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Publication number: CN102983144B
Application number: CN201210507763.6A
Authority: CN
Inventors: 李文强; 蒋珂玮
Original assignee: Galaxycore Shanghai Ltd Corp
Current assignee: Galaxycore Shanghai Ltd Corp
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2015-02-11
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN102983144A

Abstract

一种图像传感器的晶圆级封装方法，本发明在封装玻璃表面的滤光膜制作完成后，增加检查步骤，将缺陷位置及周围区域的滤光膜进行去除，该周围区域的位置及大小对应晶圆上的像素阵列及外围电路区域位置及尺寸大小，晶圆封装并切割之后，a）对于封装玻璃上具有滤光膜的图像传感器芯片，在其上设置透镜后进行模组封装，b）对于已去除滤光膜的图像传感器芯片，在其上依次设置滤光玻璃、透镜后进行模组封装。如此，避免了由于滤光膜的缺陷造成浪费图像传感器芯片的问题，提高了封装完成的图像传感器的良率。

Description

图像传感器的晶圆级封装方法

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种图像传感器的晶圆级封装方法。

背景技术

随着半导体技术的发展，图像传感器已广泛地应用于各种数字成像的电子产品，例如数码摄像机、数码照相机等。根据光电转换方式的不同，图像传感器通常可以分为电荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）图像传感器和互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器。相对于CCD图像传感器，CMOS图像传感器具有体积小、功耗低、易于大规模制作、成本低的特点，因而，CMOS图像传感器易于集成在手机、笔记本电脑、平板电脑等便携电子设备中，作为数字成像功能的摄像模组使用。

摄像模组通常包括采用支架固定的图像传感器芯片、滤光片及镜头等。为防止图像传感器芯片的感光面被污染，现有技术中一般在感光面上通过环氧树脂等封装粘合剂来粘结一层玻璃。然而，该粘合结构及封装玻璃会造成摄像模组的高度变高，这不利于电子设备小型化的发展。针对上述问题，行业内出现了将滤光材料直接形成在感光面的封装玻璃上的摄像模组。

上述省略额外设置的滤光片的摄像模组实现了降低CMOS图像传感器封装结构整体高度的目的，然而基于现有的晶圆级封装方法，制作的图像传感器会出现一些缺陷，例如对于一个晶圆分割出的多个图像传感器，有的性能不符合要求，这降低了图像传感器制作的良率。

基于此，本发明提供一种新的图像传感器的晶圆级封装方法以解决上述问题。

发明内容

本发明解决的问题是提出一种新的图像传感器的晶圆级封装方法，以解决现有的图像传感器的晶圆级封装方法的良率较低问题。

为解决上述问题，本发明提供一种图像传感器的晶圆级封装方法，包括下述步骤：

提供晶圆，所述晶圆的正面形成有像素阵列及外围电路区域，所述像素阵列及外围电路区域具有多个；

在玻璃基板的一面淀积滤光膜；

检查所述滤光膜是否有缺陷，若有，去除该缺陷及周围区域的滤光膜，所述周围区域对应所述像素阵列及外围电路区域位置及尺寸大小；

在所述晶圆的外围电路区域外围制作粘结结构，所述粘结结构用于将所述玻璃基板与所述晶圆进行键合；

在所述晶圆的背面进行金属互连结构和焊球制作并完成封装，所述金属互连结构和焊球至少用于将所述外围电路电引出；

切割所述晶圆以获得分离的图像传感器芯片，所述晶圆的正面键合有去除缺陷的滤光膜的玻璃基板；

在具有滤光膜的图像传感器芯片上设置透镜后进行模组封装；在已去除滤光膜的图像传感器芯片上依次设置滤光玻璃、透镜后进行模组封装。

可选地，切割所述晶圆以获得分离的图像传感器芯片中的晶圆通过下述步骤形成：

首先在所述玻璃基板上淀积滤光膜；接着检查所述滤光膜是否有缺陷，若有，去除该缺陷及周围区域的滤光膜，所述周围区域对应所述像素阵列及外围电路区域位置及尺寸大小；之后再将所述玻璃基板键合在所述晶圆的正面；最后在所述晶圆的背面进行金属互连结构和焊球制作并完成封装；

或首先在所述玻璃基板上淀积滤光膜；接着将所述玻璃基板键合在所述晶圆上；之后检查所述滤光膜是否有缺陷，若有，去除该缺陷及周围区域的滤光膜，所述周围区域对应所述像素阵列及外围电路区域位置及尺寸大小；最后在所述晶圆的背面进行金属互连结构和焊球制作并完成封装；

或首先在所述玻璃基板上淀积滤光膜，接着将所述玻璃基板键合在所述晶圆上，在所述晶圆的背面进行金属互连结构和焊球制作并完成封装之后，检查所述滤光膜是否有缺陷，若有，去除该缺陷及周围区域的滤光膜，所述周围区域对应所述像素阵列及外围电路区域位置及尺寸大小。

可选地，所述滤光膜为红外滤光膜、增透膜或两者的组合。

可选地，去除所述缺陷对应的图像传感器区域的滤光膜采用研磨抛光法。

可选地，所述研磨抛光法采用物理研磨或物理研磨加化学抛光。

可选地，所述滤光膜为至少一层氧化钛与至少一层氧化硅交叠形成。

可选地，所述氧化钛与氧化硅为物理气相沉积或化学气相沉积法形成。

可选地，所述缺陷检查通过对所述滤光膜的表面采用光学比对方式实现或通过对图像传感器的成像图形检测来实现。

可选地，在所述粘结结构采用光刻、刻蚀法形成或采用丝网印刷法形成。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：1）本发明在封装玻璃表面的滤光膜制作完成后，增加检查步骤，将缺陷位置及周围区域的滤光膜进行去除，该周围区域的位置及大小对应晶圆上的像素阵列及外围电路区域位置及尺寸大小，晶圆封装并切割之后，a）对于封装玻璃上具有滤光膜的图像传感器芯片，在其上设置透镜后进行模组封装，b）对于已去除滤光膜的图像传感器芯片，在其上依次设置滤光玻璃、透镜后进行模组封装。如此，避免了由于滤光膜的缺陷造成浪费图像传感器芯片的问题，提高了封装完成的图像传感器的良率。

2）可选方案中，感光面及封装玻璃形成在晶圆的正面，焊盘及引线形成在晶圆的背面，在上述α）淀积滤光膜、β）检查并去除缺陷及周围区域的滤光膜、γ）粘结（键合）封装玻璃、δ）晶圆背面进行焊球制作，共四个步骤中，需先进行α）淀积滤光膜，后进行β）检查并去除缺陷及周围区域的滤光膜，先进行γ）粘结（键合）封装玻璃，后进行δ）晶圆背面进行焊球制作，满足上述条件下，上述四个步骤的顺序可以有多种。如此，提供了多种具体的方案。

3）可选方案中，滤光膜为红外滤光膜、增透膜或两者的组合，根据不同的图像传感器使用需求进行针对性的选择。

4）可选方案中，滤光膜为至少一层氧化钛与至少一层氧化硅交叠形成，上述材料对红外波段的光滤除效果较好，提高了图像传感器的分辨率。

5）可选方案中，对缺陷的检查可以采用对滤光膜的表面进行光学比对方式实现或通过对图像传感器的成像图形检测来实现。所谓光学比对是采用无缺陷滤光膜做参考图像，通过镜头扫描每个单元，和参考图像进行比对，例如但不限于根据两者的色彩偏差程度来判断滤光膜是否存在缺陷，若偏差程度超过一定范围，则认为该滤光膜存在缺陷，反之则认为无缺陷。所谓对图像传感器的成像图形进行检测，是在晶圆背面的焊球制作完毕后，采用单色光源照射，比如绿光，采集本发明制作的图像传感器芯片所成图像，对于采集的图像进行判断，例如但不限于若采集的图像中存在和周围色彩值不一样的区域或点，则该区域或点为缺陷，反之则认为无缺陷。

附图说明

图1是本发明一个实施例的晶圆的正面结构示意图；

图2是本发明一个实施例的玻璃基板的一个面的结构示意图，其中，该玻璃基板的滤光膜的Q区域具有缺陷；

图3是图2中的Q区域及其周围区域的滤光膜被去除后的结构示意图；

图4是本发明一个实施例的晶圆的另一个正面结构示意图，其中，该正面上形成有粘结结构；

图5是图4中的S区域的放大立体结构图；

图6是本发明一个实施例的晶圆与玻璃基板键合后的结构示意图，其中，该晶圆的背面形成有焊球；

图7是本发明一个实施例的一种图像传感器的封装结构示意图；

图8是本发明一个实施例的再一种图像传感器的封装结构示意图。

具体实施方式

如背景技术中所述，现有的晶圆级封装方法有些图像传感器芯片上依次设置滤光玻璃、透镜后进行模组封装，有些在具有滤光膜的图像传感器芯片上设置透镜后进行模组封装，对于前者，存在模组封装高度过大问题，不利于电子设备小型化，对于后者，存在由于滤光膜的缺陷造成的图像传感器芯片浪费的问题。针对上述问题，本发明在封装玻璃表面的滤光膜制作完成后，增加检查步骤，将缺陷位置及周围区域的滤光膜进行去除，该周围区域的位置及大小对应晶圆上的像素阵列及外围电路区域位置及尺寸大小，晶圆封装并切割之后，a）对于封装玻璃上具有滤光膜的图像传感器芯片，在其上设置透镜后进行模组封装，b）对于已去除滤光膜的图像传感器芯片，在其上依次设置滤光玻璃、透镜后进行模组封装。如此，避免了由于滤光膜的缺陷造成浪费图像传感器芯片的问题，提高了封装完成的图像传感器的良率。

上述封装过程中，涉及α）淀积滤光膜、β）检查并去除缺陷及周围区域的滤光膜、γ）粘结（键合）封装玻璃、δ）晶圆背面进行焊球制作，共四个步骤，上述四个步骤的顺序可以有多种，以下结合实施例一至三分别进行说明。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。由于重在说明本发明的原理，所以没有按比例制图。

实施例一

图1至图8是本实施例提供的图像传感器的晶圆级封装方法的结构示意图，以下结合图1至图8进行具体介绍。

步骤S11：如图1所示，提供晶圆1，该晶圆1的正面形成有像素阵列11及外围电路区域12，所述像素阵列11及外围电路区域12具有多个。

该像素阵列11及外围电路区域12形成了像素单元10，每个晶圆1上具有多个像素单元10。每个像素阵列11具有多个像素，该多个像素与外围电路区域12的外围电路电连接。

步骤S12：如图2所示，在玻璃基板2的一面淀积滤光膜21。

如背景技术所述，该玻璃基板2用于设置在图像传感器芯片的感光面上，防止芯片的感光面被污染，因而，该玻璃基板2也称封装玻璃。

在图像传感技术中，由于红外光为不可见光，在图像采集过程中这种光会被图像传感器采集到，作为信号输入，影响最终成像，所以优选将入射到图像传感器中的红外光部分滤除。上述滤光膜21可以选择满足上述要求的材质，本实施例中，该材质为一层氧化钛（TiO）与至少一层氧化硅（SiO₂）交叠形成的层状结构，上述氧化钛、氧化硅的淀积工艺可以为物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）法，淀积过程中的具体参数请参照现有工艺，在此不再赘述。

其它实施例中，可以采用增透膜，或红外滤光膜与增透膜两者的组合来替换本实施例中的氧化钛、氧化硅交叠结构的红外滤光膜。

步骤S13：检查该滤光膜21是否有缺陷，若有，去除该缺陷及周围区域的滤光膜21，所述周围区域对应像素阵列11及外围电路区域12位置及尺寸大小。

上述缺陷一般为凸起或凹进，其对应的表面平整度与其它无缺陷区域不同。基于上述特点，检查缺陷的方法可以有多种，本实施例中列举一种：光学比对法，具体地，采用无缺陷滤光膜做参考图像，通过镜头扫描每个单元，和参考图像进行比对，例如但不限于根据两者的色彩偏差程度来判断滤光膜是否存在缺陷，若偏差程度超过一定范围，则认为该滤光膜存在缺陷，反之则认为无缺陷。该色彩偏差的计算方法采用现有的计算方法。

如图2与图3所示，假设滤光膜21的Q区域存在凸起，则采用抛光法去除该Q区域及周围区域的滤光膜，该周围区域的位置及大小对应晶圆1上像素单元10区域P的位置及大小。

可以看出，本实施例中，将玻璃基板2上的滤光膜21进行了区域划分，每个区域与晶圆1上的像素单元10一一对应。

对于该缺陷及周围区域的滤光膜21的去除方法需考虑滤光膜21的材质，本实施例中，由于滤光膜21采用淀积方式形成，一般为无机物，因而优选采用研磨抛光法去除，具体地，采用金刚小钻头进行物理研磨或物理研磨加化学抛光。

步骤S14：参照图4与图5所示，在晶圆1的外围电路区域12外围制作粘结结构3，利用粘结结构3将玻璃基板2与晶圆1进行键合。

如图4中S区域的放大立体图图5所示，粘结结构3一般为围绕对应像素单元10区域一圈的结构，如此，对图像传感器的感光面密封效果较好。此外，相邻像素单元10共用该粘结结构3，如此使得在晶圆1分割过程中，可以从粘结结构3的中部进行切割，简化了粘结结构3的图案布局。上述粘结结构3可以为光刻胶，形成布局的工艺为曝光、显影工艺。其它实施例中，上述粘结结构3也可以采用丝网印刷法形成。

上述键合步骤先将玻璃基板2与晶圆1进行对位，使得晶圆1上的像素单元区域10与滤光膜21的各区域进行对准，后将玻璃基板2的另一面（未形成滤光膜21的面）与晶圆1的正面进行粘合。

步骤S15：如图6所示，在晶圆1的背面进行金属互连结构（未图示）和焊球4制作并完成封装，该金属互连结构和焊球4至少用于将外围电路电引出。

上述的金属互连结构和焊球4制作可以通过深硅通孔（TSV）工艺，也可以通过在晶圆1背面进行刻蚀沟槽工艺，使得沟槽底部暴露与外围电路电连接的区域，后在该区域进行焊球4制作，之后将焊球4与印刷电路板8（PCB）（参见图7与图8所示）焊接实现电连接。

步骤S16：切割晶圆1以获得分离的图像传感器芯片5，该晶圆1的正面键合有去除缺陷的滤光膜21的玻璃基板2。

本步骤的切割同时实现了晶圆1、粘结结构3、玻璃基板2及其上的滤光膜21的分割。上述分割工艺采用现有工艺。

步骤S17：在具有滤光膜21的图像传感器芯片5上设置透镜6后进行模组封装；在已去除滤光膜21的图像传感器芯片5上依次设置滤光玻璃7、透镜6后进行模组封装。

可以理解的是，对于本实施例中的滤光膜21，由于部分区域的滤光膜21被去除，因而，切割后得到的图像传感器芯片5，有的其上具有滤光膜21，有的其上没有。

如图7所示，对于其上具有滤光膜21的芯片5，焊球4与印刷电路板8（PCB）电连接后，在PCB8上设置支架9，采用支架9固定芯片5上设置的透镜6。

如图8所示，对于其上没有滤光膜21的芯片5，焊球4与印刷电路板8（PCB）电连接后，在PCB8上设置支架9，采用支架固定芯片5上自下而上依次设置的滤光玻璃7、透镜6。

如此，避免了由于滤光膜21的缺陷造成浪费图像传感器芯片5的问题，同时也提高了封装完成的图像传感器的良率。

实施例二

本实施例二提供的图像传感器的晶圆级封装方法大致与实施例一相同。区别在于：先进行α）淀积滤光膜21，接着进行γ）粘结（键合）封装玻璃2，之后进行β）检查并去除缺陷及周围区域的滤光膜21，最后进行δ）晶圆1背面进行焊球4制作的步骤。

实施例三

本实施例三提供的图像传感器的晶圆级封装方法大致与实施例一相同。区别在于：先进行α）淀积滤光膜21，接着进行γ）粘结（键合）封装玻璃2，之后进行δ）晶圆1背面进行焊球4制作，最后进行β）检查并去除缺陷及周围区域的滤光膜21的步骤。

需要说明的是，针对本实施例的方案，其滤光膜21上的缺陷的检查方法除了光学比对法，还可以采用对图像传感器的成像图形进行检测加以判断。

具体地，采用单色光源照射，例如但不限于绿光，采集本发明制作的图像传感器芯片所成图像，对采集的图像进行判断，若采集的图像中存在和周围色彩值不一样的区域或点，则该区域或点为缺陷，反之则认为无缺陷。

结合实施例二与三可以看出，对于上述四个步骤，具有多种顺序。但总之，α）淀积滤光膜21、β）检查并去除缺陷及周围区域的滤光膜21，需先进行前者，后进行后者。γ）粘结（键合）封装玻璃2、δ）晶圆1背面进行焊球4制作，需先进行前者，后进行后者。

本发明中，各实施例采用递进式写法，重点描述与前述实施例的不同之处，各实施例中的相同结构参照前述实施例的相同部分。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims

1.一种图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，包括下述步骤：

在玻璃基板的一面淀积滤光膜；

2.根据权利要求1所述的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，切割所述晶圆以获得分离的图像传感器芯片中的晶圆通过下述步骤形成：

或首先在所述玻璃基板上淀积滤光膜，接着将所述玻璃基板键合在所述晶圆上，在在所述晶圆的背面进行金属互连结构和焊球制作并完成封装之后，检查所述滤光膜是否有缺陷，若有，去除该缺陷及周围区域的滤光膜，所述周围区域对应所述像素阵列及外围电路区域位置及尺寸大小。

3.根据权利要求1所述的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，所述滤光膜为红外滤光膜、增透膜或两者的组合。

4.根据权利要求3所述的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，去除所述缺陷对应的图像传感器区域的滤光膜采用研磨抛光法。

5.根据权利要求4所述的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，所述研磨抛光法采用物理研磨或物理研磨加化学抛光。

6.根据权利要求1所述的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，所述滤光膜为至少一层氧化钛与至少一层氧化硅交叠形成。

7.根据权利要求6所述的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，所述氧化钛与氧化硅为物理气相沉积或化学气相沉积法形成。

8.根据权利要求1所述的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，所述缺陷检查通过对所述滤光膜的表面采用光学比对方式实现或通过对图像传感器的成像图形检测来实现。

9.根据权利要求1所述的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，所述粘结结构采用刻蚀法形成或采用丝网印刷法形成。