CN104952897B - 一种减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，它包括从上往下顺序设置的基底芯片底层、基底芯片有源层、堆叠芯片有源层和堆叠芯片底层，从堆叠芯片底层的下表面开始向上开设有切割槽，切割槽的槽口朝下，切割槽的槽底位于基底芯片底层的下表面；在切割槽内设有光阻墙，光阻墙的高度大于切割槽的深度，在光阻墙的墙底部键合有封盖。本发明的封装体在做背面工艺所承受的应力不经过堆叠芯片而是直接由基底芯片传递到封盖上，防止堆叠芯片由于应力过大导致其与基底芯片键合面分离或直接开裂。

Description

一种减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构

技术领域

本发明涉及一种减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，本发明属于半导体封装技术领域。

背景技术

随着半导体技术的发展，集成电路的特征尺寸不断缩小，器件互连密度不断提高。于是，晶圆级封装（Wafer Level Package，WLP）逐渐取代引线键合封装成为一种较为常用的封装方法。晶圆级封装（Wafer Level Packaging，WLP）技术是对整片晶圆进行封装测试后再切割得到单个成品芯片的技术，封装后的芯片尺寸与裸片完全一致，顺应了市场对微电子产品日益轻、小、短、薄化和低价化要求。

晶圆级封装一般要对晶圆背部进行互联工艺，包括减薄，研磨，刻蚀及切割等工艺，很容易伤害晶圆的正面区域，因此在晶圆级封装之前，会先用一层玻璃之类的封盖键合在晶圆的正面，在有源区形成空腔结构，一是起到保护晶圆正面的作用，二是为后面的研磨和切割工艺提供负载作用。

业内一般是在连接封盖和晶圆之间用光阻墙做连接，光阻墙位于切割道内，这样背部工艺所承受的应力通过光阻墙传导到封盖上。但是随着堆叠式封装结构的发展，现在所谓的晶圆正面已经不是单纯的一层有源面，而是在基底晶圆上面堆叠了另外一层或多层的有源面，这些有源面很薄，必须借助基底晶圆的机械应力才能存在。像堆叠式BSI CIS的BSI感光面只有3~5个微米，完全靠氧氧/铜铜键合或者胶联工艺与基底信号处理芯片连接，界面结合性能较差，从而导致堆叠上的薄层抗压应力或拉应力能力较差，极容易因为光阻墙传导的应力过大导致键合面分离或堆叠层开裂，造成封装后的芯片失效。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种使堆叠芯片在封装之前就被分离成单个的芯片，而光阻墙则直接与基底芯片的切割道相连的减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构。

按照本发明提供的技术方案，所述一种减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，它包括从上往下顺序设置的基底芯片底层、基底芯片有源层、堆叠芯片有源层和堆叠芯片底层，从堆叠芯片底层的下表面开始向上开设有切割槽，切割槽的槽口朝下，切割槽的槽底位于基底芯片底层的下表面；在切割槽内设有光阻墙，光阻墙的高度大于切割槽的深度，在光阻墙的墙底部键合有封盖。

按照本发明提供的技术方案，所述减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，它包括从上往下顺序设置的基底芯片底层、基底芯片有源层、堆叠芯片有源层和堆叠芯片底层，从堆叠芯片底层的下表面开始向上开设有切割槽，切割槽的槽口朝下，切割槽的槽底位于基底芯片有源层的下表面；在切割槽内设有光阻墙，光阻墙的高度大于切割槽的深度，在光阻墙的墙底部键合有封盖。

按照本发明提供的技术方案，所述减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，它包括从上往下顺序设置的基底芯片底层、基底芯片有源层、堆叠芯片有源层和堆叠芯片底层，从堆叠芯片底层的下表面开始向上开设有至少两个切割槽，切割槽的槽口朝下，切割槽的槽底位于基底芯片底层的下表面，在对应相邻两个切割槽之间的堆叠芯片底层的下表面设有光阻墙，在光阻墙的墙底部键合有封盖。

作为优选：所述切割槽为一个或者两个以上，切割槽的横截面为长方形、正方形或者倒梯形，切割槽的左右两侧壁为斜面或者曲面。

作为优选：所述切割槽的横截面为长方形、正方形或者倒梯形，切割槽的左右两侧壁为斜面或者曲面。

作为优选：所述光阻墙为一体式或者分体式，且光阻墙的横截面形状为正方形、长方形或者倒梯形。

作为优选：在切割槽内填充有支撑体，支撑体的下端部与光阻墙的上表面连接一体。

作为优选：所述封盖的材质为有机玻璃、无机玻璃、树脂、半导体材料、氧化物晶体、陶瓷、金属、有机塑料、无机氧化物或者陶瓷材料，且封盖为单层或者多层的薄片，封盖的厚度为100~200μm。

作为优选：所述光阻墙的材质为聚丙烯酸酯、聚异戊二烯橡胶、硅、锗、金、银、铜、铝、镍、锡、硅酸盐类陶瓷或者锆酸盐类陶瓷；所述光阻墙的高度为10μm~200μm。

作为优选：所述光阻墙的高度为10μm~200μm。

作为优选：所述支撑体的材质为聚丙烯酸酯、聚异戊二烯橡胶、硅、锗、金、银、铜、铝、镍、锡、硅酸盐类陶瓷或者锆酸盐类陶瓷。

本发明的封装体在做背面工艺所承受的应力不经过堆叠芯片而是直接由基底芯片传递到封盖上，防止堆叠芯片由于应力过大导致其与基底芯片键合面分离或直接开裂。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中实施例1的结构示意图。

图2是本发明中实施例2的结构示意图。

图3是本发明中实施例3的结构示意图。

图4是本发明中实施例4的结构示意图。

图5是本发明中实施例5的结构示意图。

图6是本发明中实施例6的结构示意图。

图7是本发明中实施例7的结构示意图。

图8是本发明中实施例8的结构示意图。

图9是本发明中实施例9的结构示意图。

图10是本发明中实施例10的结构示意图。

图11是本发明中实施例11的结构示意图。

图12是本发明中实施例12的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

此外，在不同的实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。

本发明的各实施方式中提到的有关于步骤的标号，仅仅是为了描述的方便，而没有实质上先后顺序的联系。各具体实施方式中的不同步骤，可以进行不同先后顺序的组合，实现本发明的发明目的。

实施例1

如图1所示，本发明一种减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，它包括从上往下顺序设置的基底芯片底层1、基底芯片有源层2、堆叠芯片有源层3和堆叠芯片底层4，从堆叠芯片底层4的下表面开始向上开设有切割槽5，切割槽5的槽口朝下，切割槽5的槽底位于基底芯片底层1的下表面；在切割槽5内设有光阻墙6，光阻墙6的材质为聚丙烯酸酯，光阻墙6的高度大于切割槽5的深度，在光阻墙6的墙底部键合有封盖7，封盖7是厚度为100μm的有机玻璃薄片。

所述切割槽5为一个，切割槽5的横截面为倒梯形。

所述光阻墙6为一体式，且光阻墙6的横截面形状为正方形。

实施例2

如图2所示，其他部分同实施例1相同，区别是：光阻墙6的横截面形状为倒梯形，光阻墙6填满所述的切割槽5。

实施例3

如图3所示，其他部分同实施例1相同，区别是：光阻墙6为分体式，光阻墙6的横截面形状为长方形。

实施例4

如图4所示，其他部分同实施例1相同，区别是：光阻墙6为分体式，光阻墙6的横截面形状为倒梯形。

实施例5

如图5所示，本发明一种减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，它包括从上往下顺序设置的基底芯片底层1、基底芯片有源层2、堆叠芯片有源层3和堆叠芯片底层4，从堆叠芯片底层4的下表面开始向上开设有切割槽5，切割槽5的槽口朝下，切割槽5的槽底位于基底芯片有源层2的下表面；在切割槽5内设有光阻墙6，光阻墙6的材质为聚异戊二烯橡胶，光阻墙6的高度大于切割槽5的深度，在光阻墙6的墙底部键合有封盖7，封盖7是厚度为500μm的有机玻璃薄片。

所述切割槽5为一个，切割槽5的横截面为长方形。

所述光阻墙6为一体式，且光阻墙6的横截面形状为正方形。

实施例6

如图6所示，其他部分同实施例5相同，区别是：光阻墙6的横截面形状为倒梯形。

实施例7

如图7所示，其他部分同实施例5相同，区别是：切割槽5为两个，切割槽5的横截面为倒梯形，光阻墙6为分体式，且光阻墙6的横截面形状为长方形。

实施例8

如图8所示，其他部分同实施例5相同，区别是：切割槽5为两个，切割槽5的横截面为倒梯形，光阻墙6为分体式，且光阻墙6的横截面形状为倒梯形。

实施例9

如图9所示，一种减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，它包括从上往下顺序设置的基底芯片底层1、基底芯片有源层2、堆叠芯片有源层3和堆叠芯片底层4，从堆叠芯片底层4的下表面开始向上开设有两个切割槽5，切割槽5的槽口朝下，切割槽5的槽底位于基底芯片底层1的下表面，在对应相邻两个切割槽5之间的堆叠芯片底层4的下表面设有光阻墙6，光阻墙6的材质为铜，在光阻墙6的墙底部键合有封盖7，封盖7是厚度为300μm的无机玻璃薄片，所述切割槽5的横截面为倒梯形。

实施例10

如图10所示，其他部分同实施例9相同，区别是：切割槽5具有三个。

实施例11

如图11所示，其他部分同实施例9相同，切割槽5具有两个，在切割槽5内填充有支撑体8，支撑体8的材质为聚异戊二烯橡胶，支撑体8的下端部与光阻墙6的上表面连接一体。

实施例12

如图12所示，其他部分同实施例11相同，区别是：切割槽5具有三个。

所述光阻墙6的材质为铝；所述光阻墙6的高度为10μm~200μm。

本发明中，切割槽5可以采用干法或湿法刻蚀工艺，也可以采用切割工艺而形成。

本发明中，封盖7其材质可以是有机玻璃、无机玻璃、树脂、半导体材料、氧化物晶体、陶瓷、金属、有机塑料、无机氧化物、陶瓷材料等；该封盖7可以是透明的也可以是不透明的，可以是一层单一物质组成的薄片，也可以是多层同一物质或不同物质组成的薄片。

本发明中，光阻墙6可以是正光阻或者负光阻通过光阻涂布、曝光、显影等过程产生的图形，然后固化形成的光阻线；也可以是直接粘附、涂布或者沉积的无机物，有机高分子材料，半导体材料，金属材料，陶瓷材料等薄膜，通过黄光和刻蚀工艺形成的线条，也可以是封盖本身中心区域材质被移除，而使四周高出来，呈现墙的特征；该光阻墙6的高度在10μm~200μm，光阻墙6的材质为聚丙烯酸酯、聚异戊二烯橡胶、硅、锗、金、银、铜、铝、镍、锡、硅酸盐类陶瓷或者锆酸盐类陶瓷；

该光阻墙6可以是单层的也可以是多层的，可以是单线条的也可以是多线条的，其线条所对应区域为芯片的切割道，对每颗芯片进行包围住，以保护芯片正面的感光区域；由于芯片非感应区域不怕光阻墙6的影响，因此该墙宽度也可以放宽到芯片里面，以不影响感应区域为宜。

本发明把堆叠芯片上面要与光阻墙6连接的切割道区域移除，使堆叠芯片在封装之前就被分离成单个的芯片，而光阻墙6则直接与基底芯片的切割道相连，这样在做背面工艺时所承受的应力则不会经过堆叠芯片而是直接由基底芯片传递到封盖上，防止堆叠芯片由于应力过大导致其与基底芯片键合面分离或直接开裂。

所述支撑体8的材质还可以是硅、锗、金、银、铜、铝、镍、锡、硅酸盐类陶瓷或者锆酸盐类陶瓷。

本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，它包括从上往下顺序设置的基底芯片底层（1）、基底芯片有源层（2）、堆叠芯片有源层（3）和堆叠芯片底层（4），其特征是：从堆叠芯片底层（4）的下表面开始向上开设有切割槽（5），切割槽（5）的槽口朝下，切割槽（5）的槽底位于基底芯片底层（1）的下表面；在切割槽（5）内设有光阻墙（6），光阻墙（6）的高度大于切割槽（5）的深度，在光阻墙（6）的墙底部键合有封盖（7）。

2.一种减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，它包括从上往下顺序设置的基底芯片底层（1）、基底芯片有源层（2）、堆叠芯片有源层（3）和堆叠芯片底层（4），其特征是：从堆叠芯片底层（4）的下表面开始向上开设有切割槽（5），切割槽（5）的槽口朝下，切割槽（5）的槽底位于基底芯片有源层（2）的下表面；在切割槽（5）内设有光阻墙（6），光阻墙（6）的高度大于切割槽（5）的深度，在光阻墙（6）的墙底部键合有封盖（7）。

3.一种减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，它包括从上往下顺序设置的基底芯片底层（1）、基底芯片有源层（2）、堆叠芯片有源层（3）和堆叠芯片底层（4），其特征是：从堆叠芯片底层（4）的下表面开始向上开设有至少两个切割槽（5），切割槽（5）的槽口朝下，切割槽（5）的槽底位于基底芯片底层（1）的下表面，在对应相邻两个切割槽（5）之间的堆叠芯片底层（4）的下表面设有光阻墙（6），在光阻墙（6）的墙底部键合有封盖（7）。

4.根据权利要求1或2所述的减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，其特征是：所述切割槽（5）为一个或者两个以上，切割槽（5）的横截面为长方形、正方形或者倒梯形，切割槽（5）的左右两侧壁为斜面或者曲面。

5.根据权利要求3所述的减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，其特征是：所述切割槽（5）的横截面为长方形、正方形或者倒梯形，切割槽（5）的左右两侧壁为斜面或者曲面。

6.根据权利要求1或2所述的减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，其特征是：所述光阻墙（6）为一体式或者分体式，且光阻墙（6）的横截面形状为正方形、长方形或者倒梯形。

7.根据权利要求3所述的减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，其特征是：在切割槽（5）内填充有支撑体（8），支撑体（8）的下端部与光阻墙（6）的上表面连接一体。

8.根据权利要求1、2或3所述的减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，其特征是：所述封盖（7）的材质为有机玻璃、无机玻璃、树脂、半导体材料、氧化物晶体、陶瓷、金属、有机塑料、无机氧化物或者陶瓷材料，且封盖（7）为单层或者多层的薄片，封盖（7）的厚度为100~500μm。

9.根据权利要求1、2或3所述的减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，其特征是：所述光阻墙（6）的材质为聚丙烯酸酯、聚异戊二烯橡胶、硅、锗、金、银、铜、铝、镍、锡、硅酸盐类陶瓷或者锆酸盐类陶瓷；所述光阻墙（6）的高度为10μm~200μm。

10.根据权利要求7所述的减小应力堆叠背照式影像传感器的晶圆级封装结构，其特征是：所述支撑体（8）的材质为聚丙烯酸酯、聚异戊二烯橡胶、硅、锗、金、银、铜、铝、镍、锡、硅酸盐类陶瓷或者锆酸盐类陶瓷。