CN104538416A - 高可靠性全封闭cmos影像传感器结构及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构及其制作方法，该结构包括影像传感芯片、开口、金属布线层、若干焊料凸点和塑封层，开口自芯片的第二表面向第一表面延伸形成，且开口的底部暴露出芯片的焊垫；金属布线层位于开口的内壁和影像传感芯片的第二表面上，且电性连接焊垫；焊料凸点位于第二表面上，且与金属布线层电性连接；塑封层包覆住影像传感芯片，且暴露出影像感应区和焊料凸点。通过形成整体塑封层对芯片进行防护，且塑封层采用隔潮、防腐或机械强度性能良好的塑封材料，本发明能够进一步增强CMOS影像传感器的可靠性，耐用性，提升影像传感芯片的抗干扰能力，满足CMOS影像传感器在恶劣环境下的应用需求。

Description

高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构及其制作方法

技术领域

本发明涉及CMOS影像传感器的封装领域，尤其涉及一种高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构及其制作方法。

背景技术

随着近年来CMOS集成电路工艺的不断进步和完善，CMOS影像传感器芯片获得了迅速的发展和广泛应用，凭借其体积小、重量轻、功耗低、集成度高等优点，在消费电子等领域中备受欢迎。

图16示出了一种公知的CMOS影像传感器的封装结构，包括影像传感芯片3，该影像传感芯片功能面包含影像感应区4及该影像感应区周边的若干焊垫5；开口，该开口由背面向功能面延伸，且开口底部暴露出焊垫；金属布线层7，该金属布线层位于开口内壁及背面，电性连接所述焊垫；绝缘层6，该绝缘层位于金属布线层与影像传感芯片之间，并暴露出焊垫；若干焊料凸点9，该焊料凸点位于影像传感芯片的背面，与金属布线层电性连接；防焊层11，该防焊层覆盖背面及开口内壁，且暴露出焊料凸点。

然而它们的使用环境适宜，若进一步进军汽车、勘探、室外监控等应用领域，需对CMOS影像传感器的灵敏性、可靠性、耐用性等提出更高的要求，以经受恶劣的环境的考验。

发明内容

为了使CMOS影像传感器的可靠性进一步提高，能经受恶劣环境的考验，本发明提出了一种高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构及其制作方法，能够进一步增强CMOS影像传感器的可靠性，耐用性，提升影像传感芯片的抗干扰能力。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构，包括影像传感芯片，所述影像传感芯片具有第一表面及与其相对的第二表面，所述第一表面包含影像感应区和位于所述影像感应区周边的若干焊垫；还包括开口、金属布线层、若干焊料凸点和塑封层，所述开口自第二表面向第一表面延伸形成，且所述开口的底部暴露出所述焊垫；所述金属布线层位于所述开口的内壁和所述第二表面上，且电性连接所述焊垫；所述焊料凸点位于所述第二表面上，且与所述金属布线层电性连接；所述塑封层包覆住所述影像传感芯片，且暴露出所述影像感应区和所述焊料凸点。

作为本发明的进一步改进，所述第一表面粘合一保护盖结构，所述保护盖结构包括透光盖板和设于所述第一表面和所述透光盖板之间的支撑围堰层，所述支撑围堰层覆盖住所述焊垫，并在影像感应区位置形成有围堰间隙。

作为本发明的进一步改进，以焊料凸点露出方向为上，所述第二表面上的塑封层高度低于所述焊料凸点的最高点。

作为本发明的进一步改进，所述塑封层为具有良好的机械强度性能和/或隔潮性能和/或防腐性能和/或挡烟雾性能的材料。

作为本发明的进一步改进，所述金属布线层与所述影像传感芯片之间设有绝缘层，且所述绝缘层暴露每个焊垫，使所述金属布线层与所述焊垫电性连接。

作为本发明的进一步改进，所述开口的结构包括凹槽、孔或前述的组合。

作为本发明的进一步改进，所述塑封层还暴露出所述影像感应区的周边且未延伸至第一表面边缘的区域。

一种高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构的制作方法，包括以下步骤：

a、提供一包含若干影像传感芯片的晶圆，晶圆的功能面为影像传感芯片的第一表面，晶圆的背面为影像传感芯片的第二表面，每个影像传感芯片的第一表面包含影像感应区及位于该影像感应区周边的若干焊垫；

b、在晶圆的功能面上粘合一保护盖结构，所述保护盖结构包括支撑围堰层和透光盖板，所述支撑围堰层位于相邻两个影像感应区之间，且在影像感应区位置形成围堰间隙；

c、在晶圆的背面形成向功能面延伸的若干开口和位于晶圆的背面和开口的内壁上的绝缘层，所述开口的底部和绝缘层暴露出所述焊垫；

d、在绝缘层上形成金属布线层，所述金属布线层电性连接所述焊垫，将焊垫的电性引到晶圆的背面；

e、切割晶圆，形成若干单颗芯片；

f、对步骤e后的若干单颗芯片进行整体塑封，形成包围每颗芯片的塑封层，所述塑封层暴露出每颗芯片的影像感应区，且在每颗芯片的预设焊料凸点位置形成容纳空间；

g、在塑封层的所述容纳空间内形成焊料凸点；

h、切割步骤g后的塑封层，形成单颗高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构。

作为本发明的进一步改进，步骤c中，开口的底部和绝缘层暴露出所述焊垫的步骤为：开口的底部和绝缘层同时暴露出所述焊垫或开口的底部先暴露出所述焊垫，然后铺设绝缘层，再暴露出绝缘层下的所述焊垫。

作为本发明的进一步改进，开口的底部和/或绝缘层暴露焊垫的方法为：机械切割或激光打孔或激光划线或干法刻蚀或光刻工艺。

本发明的有益效果是：本发明提供一种高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构及其制作方法，首先，采用晶圆级TSV技术对CMOS影像传感芯片进行预封装，然后，对多个单颗预封装芯片进行整体塑封，并暴露出单颗预封装芯片的影像感应区和焊料凸点，分别实现影像的获取和影像信号处理之后信息的传输；最后，对整体塑封后的塑封层进行切割，形成单颗高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构。这种封装结构的塑封层是一种全包围的防护结构，且塑封层的材料具有良好的机械强度性能，或良好的隔潮、防腐、挡烟雾等性能，因此，能够进一步增强CMOS影像传感器的可靠性，耐用性等，提升影像传感芯片的抗干扰能力。且采用的晶圆级TSV技术对CMOS影像传感芯片进行预封装以及整体塑封多个单颗预封装芯片的方法，都是先进行整体封装，再切割成单颗芯片，因此，能够降低封装的整体成本。

附图说明

图1为本发明制作方法步骤a中提供的晶圆结构示意图；

图2为本发明制作方法中步骤b后的晶圆结构示意图；

图3为本发明制作方法步骤c中形成开口后的晶圆结构示意图；

图4为本发明制作方法步骤c中形成绝缘层后的晶圆结构示意图；

图5为本发明制作方法步骤c中暴露焊垫后的晶圆结构示意图；

图6为本发明制作方法中步骤d后的晶圆结构示意图；

图7为本发明制作方法中步骤e后的晶圆结构示意图；

图8为本发明制作方法步骤f中整体塑封的结构示意图；

图9为本发明制作方法步骤g中整体塑封后形成焊料凸点的结构示意图；

图10为本发明制作方法步骤h后形成的高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构示意图；

图11为本发明制作方法步骤c中形成凹槽开口结构的俯视图；

图12为本发明制作方法步骤c中形成凹槽与圆孔组合结构的俯视图；

图13为图12中B-B向剖视图；

图14为本发明制作方法步骤c中形成直孔开口结构的俯视图；

图15为图14中C-C向剖视图；

图16为公知的CMOS影像传感器的封装结构。

结合附图，作以下说明：

1——晶圆                101——晶圆功能面

102——晶圆背面          2——保护盖结构

201——围堰层            202——透光盖板

203——围堰间隙          3——影像传感芯片

301——第一表面          302——第二表面

4——影像感应区          5——焊垫

6——绝缘层              7——金属布线层

8——塑封层              9——焊料凸点

10——模具               1001——注塑口

1002——第一凸起         1003——第二凸起

11——防焊层         12——切割线

13——开口

具体实施方式

为使本发明能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。为方便说明，实施例附图的结构中各组成部分未按正常比例缩放，故不代表实施例中各结构的实际相对大小。

如图10所示，一种高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构，包括影像传感芯片3，所述影像传感芯片具有第一表面301及与其相对的第二表面302，所述第一表面包含影像感应区(4)和位于所述影像感应区周边的若干焊垫5；所述第一表面粘合一保护盖结构2，所述保护盖结构包括透光盖板202和设于所述第一表面和所述透光盖板之间的支撑围堰层201，所述支撑围堰层覆盖住所述焊垫，并在影像感应区位置形成有围堰间隙203；还包括开口13、金属布线层7、若干焊料凸点9和塑封层8，所述开口自第二表面向第一表面延伸形成，且所述开口的底部暴露出所述焊垫；所述金属布线层位于所述开口的内壁和所述第二表面上，且电性连接所述焊垫；所述焊料凸点位于所述第二表面上，且与所述金属布线层电性连接；所述塑封层包覆住所述影像传感芯片，且暴露出所述影像感应区和所述焊料凸点。其中，焊垫5为与外界电信号连接的导电垫，作为影像传感芯片电信号的输入/输出口。

可选的，围堰层201的材料包括高分子聚合物，如本实施例中围堰层的材料为光刻胶，便于光刻形成围堰结构。

可选的，金属布线层7的材料为铝、铜、金、镍、钛、金、锡、铂等的一种或多种。

可选的，开口的结构包括凹槽、孔或前述的组合，参见图3、图11、图12、图13、图14和图15，其中，孔包含直孔和侧壁有一定倾斜角度的孔，即上下孔径不相等的斜孔，形状包括圆孔和方孔等；凹槽包含直槽和侧壁有一定倾斜角度的凹槽，即上下截面尺寸不相等的凹槽。孔、凹槽的组合包括孔与孔、凹槽与凹槽，及孔与凹槽的组合。作为第一种优选的实施例，开口13结构可以为一条形凹槽结构，参见图3和图11，该凹槽由第二表面向第一表面延伸，且凹槽的底部对应若干焊垫5，凹槽状开口13的底部暴露出需要电性导出的焊垫5。作为第二种优选的实施例，开口13的结构可以为条形凹槽与圆孔的组合，参见图12和图13，凹槽由第二表面向第一表面延伸，且凹槽的底部形成对应焊垫的圆孔，圆孔的底部暴露出需要电性导出的焊垫5。作为第三种优选的实施例，开口13的结构可以为直孔，参见图14和图15，直孔由第二表面向第一表面延伸，直孔对应每个焊垫，且直孔的底部暴露出需要电性导出的焊垫5。

塑封层8位于影像传感芯片的外围，包覆除影像感应区4和焊料凸点9外的整个影像传感芯片。优选的，以焊料凸点露出方向为上，第二表面上的塑封层高度低于所述焊料凸点的最高点，当然，第二表面上的塑封层也可以与焊垫凸起平齐，为了便于影像信号处理之后信息的传输，优选实施方式为塑封层高度低于焊料凸点的最高点，更优的，塑封层的高度与焊料凸点的中心平面平齐。

可选的，位于第一表面上的塑封层在暴露出影像感应区的同时，也可以考虑性能、视野范围或美观等因素，还暴露出影像感应区周边且未延伸至第一表面边缘的区域。

优选的，塑封层8为具有良好的机械强度性能和/或隔潮性能和/或防腐性能和/或挡烟雾性能的材料，以进一步提高影像传感器的可靠性，增强其抵抗恶劣环境的能力，较佳的，塑封层材料为聚合物材料。

优选的，金属布线层7与影像传感芯片3之间设有绝缘层6，且所述绝缘层暴露每个焊垫，使所述金属布线层与所述焊垫电性连接。绝缘层用于实现金属布线层与影像传感芯片之间的电性隔离，绝缘层6的材料包括有机绝缘材料、氧化硅、氮化硅或氧化硅与氮化硅的混合物。

作为一种优选实施例，本发明高可靠性全封闭CMOS影像传感器封装结构的制作方法，包括以下步骤：

a、参见图1，提供一包含若干影像传感芯片3的晶圆1，晶圆的功能面101为影像传感芯片的第一表面301，晶圆的背面102为影像传感芯片的第二表面302，每个影像传感芯片的第一表面包含影像感应区4及位于该影像感应区周边的若干焊垫5；

b、参见图2，在晶圆的功能面上粘合一保护盖结构2，所述保护盖结构包括支撑围堰层201和透光盖板202，所述支撑围堰层位于相邻两个影像感应区之间，且在影像感应区位置形成围堰间隙203；

c、参见图3，在晶圆的背面形成向功能面延伸的若干开口13，开口13结构可以为凹槽、孔或前述的组合。开口13的形成方法包括干法刻蚀、湿法刻蚀、机械切割和激光划线等，且不以此为限。参见图4，在开口13的内壁和晶圆的背面102铺设绝缘层6。参见图5，使用机械切割、激光烧蚀、干法刻蚀等方法去除开口底部的绝缘层材料，暴露出电性待引出的焊垫5的侧壁或表面。在其他实施例中，暴露焊垫的方法还可以为：在铺设绝缘层6步骤前，先去除开口13底部的阻挡材料，使开口13的底部暴露出焊垫5。阻挡材料可包含影像传感芯片的硅基底材料或介质层材料，或者前述的组合物等。然后铺设绝缘层6，再去除覆盖在焊垫5位置的绝缘层材料。开口13底部或绝缘层6暴露焊垫的方法包括干法刻蚀、湿法刻蚀、曝光显影、机械切割和激光烧蚀等，且不以此为限。

d、参见图6，在绝缘层上形成金属布线层7，所述金属布线层电性连接所述焊垫，将焊垫的电性引到晶圆的背面；

e、参见图7，沿晶圆切割线12对晶圆进行切割，形成若干单颗芯片；

f、对步骤e后的若干单颗芯片进行整体塑封，形成包围每颗芯片的塑封层8，所述塑封层暴露出每颗芯片的影像感应区，且在每颗芯片的预设焊料凸点位置形成容纳空间；具体的，参见图8，将分离的多个单颗芯片放置在塑封模具10中，塑封模具10包括与单颗芯片的第一表面、第二表面对应的若干第一凸起1002和第二凸起1003，分别用于形成塑封层8暴露感光区的凹陷和若干焊料凸点9的容纳空间。模具10的模腔贯通，实现多个芯片整体塑封，提高塑封对位精度。注塑时，从注塑口1001灌入塑封材料，整体塑封各单颗芯片。塑封成型后，脱模。

g、参见图9，在塑封层的所述容纳空间内形成焊料凸点9；焊料凸点9为可与外电路进行电信号传输的金属材料。

h、参见图10，沿预设的切割线12切割步骤g后的塑封层，形成单颗高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构。

综上，本发明提供一种高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构及其制作方法，该封装结构的塑封层是一种全包围的防护结构，且塑封层的材料具有良好的机械强度性能，或良好的隔潮、防腐、挡烟雾等性能，因此，能够进一步增强CMOS影像传感器的可靠性，耐用性等，提升影像传感芯片的抗干扰能力，满足CMOS影像传感器在恶劣环境下的应用需求。且该制作方法采用的晶圆级TSV技术对CMOS影像传感芯片进行预封装以及整体塑封多个单颗预封装芯片的方法，都是先进行整体封装，再切割成单颗芯片，因此，能够降低封装的整体成本。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构，包括影像传感芯片(3)，所述影像传感芯片具有第一表面(301)及与其相对的第二表面(302)，所述第一表面包含影像感应区(4)和位于所述影像感应区周边的若干焊垫(5)；其特征在于：还包括开口(13)、金属布线层(7)、若干焊料凸点(9)和塑封层(8)，所述开口自第二表面向第一表面延伸形成，且所述开口的底部暴露出所述焊垫；所述金属布线层位于所述开口的内壁和所述第二表面上，且电性连接所述焊垫；所述焊料凸点位于所述第二表面上，且与所述金属布线层电性连接；所述塑封层包覆住所述影像传感芯片，且暴露出所述影像感应区和所述焊料凸点。

2.根据权利要求1所述的高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构，其特征在于：所述第一表面粘合一保护盖结构(2)，所述保护盖结构包括透光盖板(202)和设于所述第一表面和所述透光盖板之间的支撑围堰层(201)，所述支撑围堰层覆盖住所述焊垫，并在影像感应区位置形成有围堰间隙(203)。

3.根据权利要求1所述的高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构，其特征在于：以焊料凸点露出方向为上，所述第二表面上的塑封层高度低于所述焊料凸点的最高点。

4.根据权利要求1所述的高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构，其特征在于：所述塑封层为具有良好的机械强度性能和/或隔潮性能和/或防腐性能和/或挡烟雾性能的材料。

5.根据权利要求1所述的高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构，其特征在于：所述金属布线层与所述影像传感芯片之间设有绝缘层(6)，且所述绝缘层暴露每个焊垫，使所述金属布线层与所述焊垫电性连接。

6.根据权利要求1所述的高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构，其特征在于，所述开口的结构包括凹槽、孔或前述的组合。

7.根据权利要求1所述的高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构，其特征在于，所述塑封层还暴露出所述影像感应区的周边且未延伸至第一表面边缘的区域。

8.一种高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、提供一包含若干影像传感芯片(3)的晶圆(1)，晶圆的功能面(101)为影像传感芯片的第一表面(301)，晶圆的背面(102)为影像传感芯片的第二表面(302)，每个影像传感芯片的第一表面包含影像感应区(4)及位于该影像感应区周边的若干焊垫(5)；

b、在晶圆的功能面上粘合一保护盖结构(2)，所述保护盖结构包括支撑围堰层(201)和透光盖板(202)，所述支撑围堰层位于相邻两个影像感应区之间，且在影像感应区位置形成围堰间隙(203)；

c、在晶圆的背面形成向功能面延伸的若干开口(13)和位于晶圆的背面和开口的内壁上的绝缘层(6)，所述开口的底部和绝缘层暴露出所述焊垫；

d、在绝缘层上形成金属布线层(7)，所述金属布线层电性连接所述焊垫，将焊垫的电性引到晶圆的背面；

e、切割晶圆，形成若干单颗芯片；

f、对步骤e后的若干单颗芯片进行整体塑封，形成包围每颗芯片的塑封层(8)，所述塑封层暴露出每颗芯片的影像感应区，且在每颗芯片的预设焊料凸点位置形成容纳空间；

g、在塑封层的所述容纳空间内形成焊料凸点(9)；

h、切割步骤g后的塑封层，形成单颗高可靠性全封闭CMOS影像传感器结构。

9.根据权利要求8所述的高可靠性全封闭CMOS影像传感器的制作方法，其特征在于，步骤c中，开口的底部和绝缘层暴露出所述焊垫的步骤为：开口的底部和绝缘层同时暴露出所述焊垫或开口的底部先暴露出所述焊垫，然后铺设绝缘层，再暴露出绝缘层下的所述焊垫。

10.根据权利要求9所述的高可靠性全封闭CMOS影像传感器的制作方法，其特征在于，开口的底部和/或绝缘层暴露焊垫的方法为：机械切割或激光打孔或激光划线或干法刻蚀或光刻工艺。