CN104992955A - 一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺及其封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺及其封装结构，它包括以下步骤：在CIS晶圆的正面键合上负载晶圆，以负载晶圆做支撑将CIS晶圆的背面减薄，在已经减薄的CIS晶圆的背面做上滤光镜和微透镜；在CIS晶圆的背面的边缘位置用第一粘结胶进行覆盖，在该封闭环形内用第二粘结胶进行涂布，在第二粘结胶和第一粘结胶的背面键合上封盖；以封盖做支撑将负载晶圆减薄，并在已经减薄的负载晶圆内做出导电柱，在导电柱的上端部沉积出导电层；去除第一粘结胶的粘性，使CIS晶圆和封盖分离，清洗CIS晶圆和封盖以除去第二粘结胶，最后进行切割，得到背照式图像传感器的晶圆级封装结构。本发明减小了封装片的厚度并可以使封盖重复利用。

Description

一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺及其封装结构

技术领域

本发明不仅公开了一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺，本发明还公开了一种背照式图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

近几年来随着图像传感器（CIS）芯片像素值的越来越大，传感器单个像素的物理尺寸越来越小，这样对于芯片中传感器部分的集成电路制造工艺也越来越复杂，以至于该部分已经很难与信号处理模块在同一道工艺中被制造出来。此外由于单个像素的感光区域越来越小，为了防止图像失真，其对入射光子的量也有了较严格的限制。

之前的晶圆级封装，是从晶圆的背部做互联线，光子从晶圆的正面透过金属互联层进入像素感光区域，复杂的金属互联层往往会挡住一部分光子，造成感光区域得到的光子数目不能满足成像的要求。为了解决上面所说的问题，目前的封装都逐渐趋向于采用背照式工艺（BSI），将原来处于镜头与感光半导体之间的电路部分转移到感光半导体周围或下面，使得光线直接可以进入感光区域，防止了互联线路对光线的阻挡，大幅提高单个像素单元对光的利用效率。

背照式晶圆级封装需要把晶圆背部研磨到5um左右，使光线能够透过硅激发感光区域，而5um的晶圆支撑能力有限，需要在晶圆的正面使用负载晶圆。目前一般工艺就是用负载晶圆做支撑来做CIS晶圆的背部减薄，在减薄后的晶圆背面做微透镜和滤光镜的工艺，然后用封盖保护该面，继续减薄负载晶圆，在负载晶圆上做TSV工艺和RDL工艺，引出PAD，最后把晶圆切割成单一的芯片。保护封盖是透明的，但是当芯片像素能力达到500万以上时，单个像素的面积变小，对光子的吸收能力有限，这样原本作为保护用的封盖对光子的微小的折射和反射作用都会影响像素对光的感应能力，对于大像素图像传感器来说，保护封盖必须拿掉。

因为CIS晶圆只有5um左右的厚度，物理支撑能力较差，之前保护封盖上面用网状光阻墙做支撑进行粘合工艺，封盖与晶圆之间用光阻墙来连接，晶圆表面受力不均匀，很容易在后续的TSV和RDL工艺中造成CIS晶圆感光面的破裂。而如果保护封盖表面全部都做粘合，那么后续去除封盖的时候，感光区域可能有残胶。

发明内容

本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种能使CIS晶圆和封盖能够较均匀的接触、实现应力的均匀分布同时又能防止感光区域被残胶污染的一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺。

本发明的另一目的是提供一种背照式图像传感器的晶圆级封装结构。

按照本发明提供的技术方案，所述一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺包括以下步骤：

a、取已经在其正面做出引线和图像传感器的CIS晶圆，在CIS晶圆的正面键合上负载晶圆，以负载晶圆做支撑将CIS晶圆的背面减薄，在已经减薄的CIS晶圆的背面做上滤光镜和微透镜；

b、在CIS晶圆的背面的边缘位置用第一粘结胶进行覆盖，该第一粘结胶在CIS晶圆的背面边缘形成一个封闭环形，在该封闭环形内用第二粘结胶进行涂布，且单位面积的第二粘结胶的粘结力小于单位面积的第一粘结胶的粘结力，在第二粘结胶和第一粘结胶的背面键合上封盖；

c、以封盖做支撑将负载晶圆减薄，并在已经减薄的负载晶圆内做出导电柱，在导电柱的上端部沉积出导电层；

d、去除第一粘结胶的粘性，使CIS晶圆和封盖分离，清洗CIS晶圆和封盖以除去第二粘结胶，最后进行切割，得到背照式图像传感器的晶圆级封装结构。

作为优选：所述CIS晶圆的材质为硅，且CIS晶圆的厚度为50~200 um。

作为优选：所述负载晶圆为裸硅晶圆、有机玻璃晶圆、无机玻璃晶圆、树脂晶圆、半导体材料晶圆、氧化物晶体晶圆、陶瓷晶圆、金属晶圆、有机塑料晶圆、无机氧化物晶圆或者陶瓷材料晶圆，且负载晶圆的厚度为200~500 um。

作为优选：步骤b中，第一粘结胶的材质为苯并环丁烯、热塑性环氧树脂或者UV环氧树脂，第一粘结胶的宽度为1~5mm，第一粘结胶的厚度为10nm~300um；所述第二粘结胶的材质为十二烯，第二粘结胶的厚度为10nm~300um。

作为优选：所述封盖的材质是有机玻璃、无机玻璃、树脂、半导体材料、氧化物晶体、陶瓷、金属、有机塑料、无机氧化物或者陶瓷材料，且封盖的厚度为100~500 um。

作为优选：所述导电柱的材质为铜。

作为优选：步骤c中，负载晶圆减薄后的厚度控制在90~120um。

作为优选：步骤a中，在CIS晶圆的正面通过硅硅键合、硅氧键合、氧氧键合键合或者用胶粘合方式与负载晶圆实现键合。

作为优选：步骤b中，在对应BSI面的感光区域边缘的CIS晶圆上通过涂布、喷涂、贴膜或者注塑方式上第一粘结胶。

作为优选：步骤d中，通过去胶液浸泡CIS晶圆去除第一粘结胶，或者通过加热或者激光照射去除第一粘结胶。

按照本发明提供的技术方案，所述一种背照式图像传感器的晶圆级封装结构，它包括CIS晶圆、负载晶圆、滤光镜、微透镜、引线、图像传感器、导电柱与导电层；CIS晶圆的正面与负载晶圆的背面相连，在CIS晶圆内设有滤光镜、引线与图像传感器，图像传感器的正面与引线的下端部相连，图像传感器的背面与滤光镜相连，在滤光镜的背面对应位置设有微透镜，在负载晶圆内设有导电柱，导电柱的下端部与引线的上端部相连，在导电柱的上端面对应位置设有导电层。

作为优选：所述导电柱的上端面与负载晶圆的正面平齐。

本发明利用一种临时键合工艺，实现了CIS晶圆和保护封盖的键合，最后通过溶解和显影的方式把保护封盖去除，该胶可以通过显影的方式去除，该工艺减小了封装片的厚度并可以使封盖重复利用。

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CIS晶圆的结构图。

图2是本发明中步骤a得到的封装体的结构图。

图3是本发明中步骤b得到的封装体的结构图。

图4是本发明中步骤c得到的封装体的结构图。

图5是本发明中步骤d得到的封装体的结构图。

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

本发明一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺包括以下步骤：

a、取已经在其正面做出引线5和图像传感器6的CIS晶圆1，CIS晶圆1的厚度为50μm，在CIS晶圆1的正面通过常规的硅硅键合方式键合上厚度为200um的负载晶圆2，以负载晶圆2做支撑将CIS晶圆1的背面减薄，在已经减薄的CIS晶圆1的背面做上滤光镜3和微透镜4，如图1所示；

b、在CIS晶圆1的背面的边缘位置通过涂布方式上第一粘结胶7进行覆盖，第一粘结胶7的材质为苯并环丁烯，该第一粘结胶7在CIS晶圆1的背面边缘形成一个封闭环形，第一粘结胶7的宽度为1mm且第一粘结胶的厚度为10nm，在该封闭环形内用第二粘结胶8进行涂布，第二粘结胶8的材质为十二烯，第二粘结胶的厚度为10nm，且单位面积的第二粘结胶8的粘结力小于单位面积的第一粘结胶7的粘结力，在第二粘结胶8和第一粘结胶7的背面键合上封盖9，如图2所示；

c、以封盖9做支撑将负载晶圆2减薄，并在已经减薄的负载晶圆2内做出导电柱10，在导电柱10的上端部沉积出导电层11，如图3所示；

d、通过去胶液浸泡第一粘结胶7以去除第一粘结胶7的粘性，使CIS晶圆1和封盖9分离，清洗CIS晶圆1和封盖9以除去第二粘结胶8，最后进行切割，得到背照式图像传感器的晶圆级封装结构。所述去胶液为去胶液为异丙醇、丙酮或者其他有机混合液。如图4所示。

实施例2

本发明一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺包括以下步骤：

a、取已经在其正面做出引线5和图像传感器6的CIS晶圆1，CIS晶圆1的厚度为100μm，在CIS晶圆1的正面通过常规的硅氧键合方式键合上厚度为300um的负载晶圆2，以负载晶圆2做支撑将CIS晶圆1的背面减薄，在已经减薄的CIS晶圆1的背面做上滤光镜3和微透镜4，如图1所示；

b、在CIS晶圆1的背面的边缘位置通过喷涂方式上第一粘结胶7进行覆盖，第一粘结胶7的材质为热塑性环氧树脂，该第一粘结胶7在CIS晶圆1的背面边缘形成一个封闭环形，第一粘结胶的宽度为2mm且第一粘结胶的厚度为1um，在该封闭环形内用第二粘结胶8进行涂布，第二粘结胶8的材质为十二烯，第二粘结胶的厚度为1um，且单位面积的第二粘结胶8的粘结力小于单位面积的第一粘结胶7的粘结力，在第二粘结胶8和第一粘结胶7的背面键合上封盖9，如图2所示；

c、以封盖9做支撑将负载晶圆2减薄，并在已经减薄的负载晶圆2内做出导电柱10，在导电柱10的上端部沉积出导电层11，如图3所示；

d、通过加热第一粘结胶7方式以去除第一粘结胶7的粘性，使CIS晶圆1和封盖9分离，清洗CIS晶圆1和封盖9以除去第二粘结胶8，最后进行切割，得到背照式图像传感器的晶圆级封装结构，如图4所示。

实施例3

本发明一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺包括以下步骤：

a、取已经在其正面做出引线5和图像传感器6的CIS晶圆1，CIS晶圆1的厚度为150μm，在CIS晶圆1的正面通过常规的氧氧键合方式键合上厚度为400 um的负载晶圆2，以负载晶圆2做支撑将CIS晶圆1的背面减薄，在已经减薄的CIS晶圆1的背面做上滤光镜3和微透镜4，如图1所示；

b、在CIS晶圆1的背面的边缘位置通过贴膜方式上第一粘结胶7进行覆盖，第一粘结胶7的材质为UV环氧树脂，该第一粘结胶7在CIS晶圆1的背面边缘形成一个封闭环形，第一粘结胶的宽度为3mm且第一粘结胶的厚度为100um在该封闭环形内用第二粘结胶8进行涂布，第二粘结胶8的材质为十二烯，第二粘结胶的厚度为100um，且单位面积的第二粘结胶8的粘结力小于单位面积的第一粘结胶7的粘结力，在第二粘结胶8和第一粘结胶7的背面键合上封盖9，如图2所示；

c、以封盖9做支撑将负载晶圆2减薄，并在已经减薄的负载晶圆2内做出导电柱10，在导电柱10的上端部沉积出导电层11，如图3所示；

d、通过激光照射第一粘结胶7方式以去除第一粘结胶7的粘性，使CIS晶圆1和封盖9分离，清洗CIS晶圆1和封盖9以除去第二粘结胶8，最后进行切割，得到背照式图像传感器的晶圆级封装结构，如图4所示。

实施例4

本发明一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺包括以下步骤：

a、取已经在其正面做出引线5和图像传感器6的CIS晶圆1，CIS晶圆1的厚度为200μm，在CIS晶圆1的正面通过常规的用胶粘合方式键合上厚度为500 um的负载晶圆2，以负载晶圆2做支撑将CIS晶圆1的背面减薄，在已经减薄的CIS晶圆1的背面做上滤光镜3和微透镜4，如图1所示；

b、在CIS晶圆1的背面的边缘位置通过注塑方式上第一粘结胶7进行覆盖，第一粘结胶7的材质为UV环氧树脂，该第一粘结胶7在CIS晶圆1的背面边缘形成一个封闭环形，第一粘结胶的宽度为5mm且第一粘结胶的厚度为300um，在该封闭环形内用第二粘结胶8进行涂布，第二粘结胶8的材质为十二烯，第二粘结胶的厚度为300um，且单位面积的第二粘结胶8的粘结力小于单位面积的第一粘结胶7的粘结力，在第二粘结胶8和第一粘结胶7的背面键合上封盖9，如图2所示；

c、以封盖9做支撑将负载晶圆2减薄，并在已经减薄的负载晶圆2内做出导电柱10，在导电柱10的上端部沉积出导电层11，如图3所示；

d、通过激光照射第一粘结胶7方式以去除第一粘结胶7的粘性，使CIS晶圆1和封盖9分离，清洗CIS晶圆1和封盖9以除去第二粘结胶8，最后进行切割，得到背照式图像传感器的晶圆级封装结构，如图4所示。

所述CIS晶圆1的材质为硅，且CIS晶圆1的厚度为50~200um，CIS晶圆1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。

所述负载晶圆2为裸硅晶圆、有机玻璃晶圆、无机玻璃晶圆、树脂晶圆、半导体材料晶圆、氧化物晶体晶圆、陶瓷晶圆、金属晶圆、有机塑料晶圆、无机氧化物晶圆或者陶瓷材料晶圆，且负载晶圆2的厚度为200~500 um；负载晶圆2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。

步骤b中，第一粘结胶的材质为苯并环丁烯、热塑性环氧树脂或者UV环氧树脂，第一粘结胶的宽度为1~5mm，第一粘结胶的厚度为10nm~300um；

步骤b中，所述第二粘结胶的材质为十二烯，第二粘结胶的厚度为10nm~300um。

所述封盖9的材质是有机玻璃、无机玻璃、树脂、半导体材料、氧化物晶体、陶瓷、金属、有机塑料、无机氧化物或者陶瓷材料，且封盖9的厚度为100~500 um，该封盖9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。

所述导电柱10的材质为铜、铝或者铜锡。

所述导电层11的材质为铜、铝或者铜锡，导电层11的厚度为0.4~30 um。

在第一粘结胶7构成的封闭环形内继续涂布第二粘结胶8，第一粘结胶7的粘度较大，该第二粘结胶8粘度很小，硬度也很小，不会造成感光面损伤，其主要起到支撑作用。

实施例1、实施例2、实施例3与实施例4得到的背照式图像传感器的晶圆级封装结构，它包括CIS晶圆1、负载晶圆2、滤光镜3、微透镜4、引线5、图像传感器6、导电柱10与导电层11；CIS晶圆1的正面与负载晶圆2的背面相连，在CIS晶圆1内设有滤光镜3、引线5与图像传感器6，图像传感器6的正面与引线5的下端部相连，图像传感器6的背面与滤光镜3相连，在滤光镜3的背面对应位置设有微透镜4，在负载晶圆2内设有导电柱10，导电柱10的下端部与引线5的上端部相连，在导电柱10的上端面对应位置设有导电层11。

所述导电柱10的上端面与负载晶圆2的正面平齐。

对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)

1.一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺，其特征是该封装工艺包括以下步骤：

a、取已经在其正面做出引线（5）和图像传感器（6）的CIS晶圆（1），在CIS晶圆（1）的正面键合上负载晶圆（2），以负载晶圆（2）做支撑将CIS晶圆（1）的背面减薄，在已经减薄的CIS晶圆（1）的背面做上滤光镜（3）和微透镜（4）；

b、在CIS晶圆（1）的背面的边缘位置用第一粘结胶（7）进行覆盖，该第一粘结胶（7）在CIS晶圆（1）的背面边缘形成一个封闭环形，在该封闭环形内用第二粘结胶（8）进行涂布，且单位面积的第二粘结胶（8）的粘结力小于单位面积的第一粘结胶（7）的粘结力，在第二粘结胶（8）和第一粘结胶（7）的背面键合上封盖（9）；

c、以封盖（9）做支撑将负载晶圆（2）减薄，并在已经减薄的负载晶圆（2）内做出导电柱（10），在导电柱（10）的上端部沉积出导电层（11）；

d、去除第一粘结胶（7）的粘性，使CIS晶圆（1）和封盖（9）分离，清洗CIS晶圆（1）和封盖（9）以除去第二粘结胶（8），最后进行切割，得到背照式图像传感器的晶圆级封装结构。

2.如权利要求1所述的一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺，其特征是：所述CIS晶圆（1）的材质为硅，且CIS晶圆（1）的厚度为50~200 um；所述负载晶圆（2）为裸硅晶圆、有机玻璃晶圆、无机玻璃晶圆、树脂晶圆、半导体材料晶圆、氧化物晶体晶圆、陶瓷晶圆、金属晶圆、有机塑料晶圆、无机氧化物晶圆或者陶瓷材料晶圆，且负载晶圆（2）的厚度为200~500 um。

3.如权利要求1所述的一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺，其特征是：步骤b中，第一粘结胶（7）的材质为苯并环丁烯、热塑性环氧树脂或者UV环氧树脂，第一粘结胶（7）的宽度为1~5mm，第一粘结胶（7）的厚度为10nm~300um；所述第二粘结胶（8）的材质为十二烯，第二粘结胶（8）的厚度为10nm~300um。

4.如权利要求1所述的一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺，其特征是：所述封盖（9）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（9）的厚度为100~500um。

5.如权利要求1所述的一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺，其特征是：步骤a中，在CIS晶圆（1）的正面通过硅硅键合、硅氧键合、氧氧键合或者用胶粘合方式与负载晶圆（2）实现键合。

6.如权利要求1所述的一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺，其特征是：步骤b中，在对应BSI面的感光区域边缘的CIS晶圆上通过涂布、喷涂、贴膜或者注塑方式上第一粘结胶。

7.如权利要求1所述的一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺，其特征是：步骤d中，通过去胶液浸泡CIS晶圆（1）去除第一粘结胶（7），或者通过加热或者激光照射去除第一粘结胶（7）。

8.如权利要求1所述的一种背照式图像传感器的晶圆级封装工艺，其特征是：步骤c中，负载晶圆（2）减薄后的厚度控制在90~120um。

9.一种背照式图像传感器的晶圆级封装结构，其特征是：它包括CIS晶圆（1）、负载晶圆（2）、滤光镜（3）、微透镜（4）、引线（5）、图像传感器（6）、导电柱（10）与导电层（11）；CIS晶圆（1）的正面与负载晶圆（2）的背面相连，在CIS晶圆（1）内设有滤光镜（3）、引线（5）与图像传感器（6），图像传感器（6）的正面与引线（5）的下端部相连，图像传感器（6）的背面与滤光镜（3）相连，在滤光镜（3）的背面对应位置设有微透镜（4），在负载晶圆（2）内设有导电柱（10），导电柱（10）的下端部与引线（5）的上端部相连，在导电柱（10）的上端面对应位置设有导电层（11）。

10.如权利要求11所述的一种背照式图像传感器的晶圆级封装结构，其特征是：所述导电柱（10）的上端面与负载晶圆（2）的正面平齐。