CN105118841A - 背照式图像传感器的晶圆级封装方法及其封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种背照式图像传感器的晶圆级封装方法，它包括以下步骤：在CIS晶圆的正面打出焊柱孔，用电镀的方式在焊柱孔内沉积出焊柱，焊柱与CIS晶圆内的线路导通，再在焊柱的柱顶沉积出导电层；在CIS晶圆的正面通过临时键合胶键合负载晶圆，以负载晶圆为支撑，减薄CIS晶圆的背面，再在CIS晶圆的背面添加滤光镜和微透镜；在CIS晶圆的背面涂上透光胶，在透光胶的背面键合透光封盖；以透光封盖为支撑，去除负载晶圆和临时键合胶，清洗CIS晶圆上残留的临时键合胶，清洗后，以透光封盖为支撑进行切割。本发明降低了封装的工艺难度和成本，降低了封装成品的厚度。

Description

背照式图像传感器的晶圆级封装方法及其封装结构

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方法，本发明还公开了一种背照式图像传感器的晶圆级封装部件，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。

但是就目前来说，后道的TSV工艺复杂，一般包括减薄、抛光、光刻、沉积种子层、电镀、再研磨等过程，这些步骤增大了封装的难度和成本。本发明抛开了TSV工艺，直接在晶圆正面的PAD上面进行RDL布线，然后临时键合负载晶圆，等做好CIS晶圆背部的BSI工艺后，用透光的胶和封盖保护住感光面，然后去除临时键合负载晶圆，降低了封装成品厚度、工艺难度和成本。

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，提供一种可以降低封装成品厚度、工艺难度和成本的一种背照式图像传感器的晶圆级封装方法。

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方法包括以下步骤：

a、在CIS晶圆的正面打出焊柱孔，用电镀的方式在焊柱孔内沉积出焊柱，焊柱与CIS晶圆内的引线导通，再在焊柱的柱顶沉积出导电层；

b、在CIS晶圆的正面通过临时键合胶键合负载晶圆，以负载晶圆为支撑，减薄CIS晶圆的背面，再在CIS晶圆的背面对应图像传感器位置添加滤光镜和微透镜；

c、在CIS晶圆的背面涂上透光胶，在透光胶的背面键合透光封盖；

d、以透光封盖为支撑，去除负载晶圆和临时键合胶，清洗CIS晶圆上残留的临时键合胶，清洗后，以透光封盖为支撑进行切割。

作为优选：所述CIS晶圆的材质为硅，且CIS晶圆的厚度为100~500μm。

作为优选：所述导电层的材质为金、铜、镍、锡或其合金，导电层的厚度为0.1~10μm。

作为优选：所述临时键合胶为热固环氧树脂或者UV环氧树脂，临时键合胶的厚度为50nm~100μm，且临时键合胶的上胶方式为喷涂方式、挂胶方式、滚胶方式或者直接贴膜方式。

作为优选：步骤b中，在CIS晶圆的正面通过临时键合胶键合负载晶圆的键合方式是热压键合或者激光辐射方式键合。

作为优选：所述激光为紫外波段激光、红外波段激光或者可见光波段激光。

作为优选：所述负载晶圆的材质是硅晶圆、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，负载晶圆的厚度为200~600μm。

作为优选：所述透光胶为环氧树脂、有机硅胶、酸性玻璃胶或者酚醛树脂，透光胶的厚度为50~100μm，且透光胶的上胶方式为喷涂方式、挂胶方式、滚胶方式或者直接贴膜方式。

作为优选：所述透光封盖的材质为有机玻璃、无机玻璃、陶瓷、塑料或者有机薄膜，透光封盖的厚度为100~500μm。

作为优选：步骤c中，在透光胶的背面键合透光封盖的键合方式是热压键合或者辐射方式键合。

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、焊柱、导电层、临时键合胶、负载晶圆、滤光镜、微透镜、透光胶、透光封盖、图像传感器与引线；在CIS晶圆的正面通过临时键合胶连接有负载晶圆，在CIS晶圆的背面连接有透光胶，在透光胶的背面连接有透光封盖，在CIS晶圆内设有焊柱、导电层、滤光镜、图像传感器与引线，在图像传感器的背面设有滤光镜，在滤光镜的背面设有微透镜，微透镜嵌入透光胶内，图像传感器的正面与引线的下端部相连，引线的上端部与焊柱的下端部相连，焊柱的上端面与导电层的背面相连，导电层的正面与CIS晶圆的正面平齐。

本发明直接在CIS晶圆正面进行RDL工艺，降低了封装的工艺难度和成本；以临时键合负载晶圆为支撑做BSI工艺，最后用透光的胶和封盖保护住CIS晶圆感光面并分离临时负载晶圆，降低了封装成品的厚度。

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晶圆的结构示意图。

图2是本发明步骤a得到的封装体的结构示意图。

图3是本发明步骤b得到的封装体的结构示意图。

图4是本发明步骤c得到的封装体的结构示意图。

图5是本发明步骤d得到的封装体的结构示意图。

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

本发明一种背照式图像传感器的晶圆级封装方法包括以下步骤：

a、在厚度为100μm的硅质CIS晶圆1的正面打出焊柱孔，用电镀的方式在焊柱孔内沉积出焊柱2，焊柱2与CIS晶圆1内的引线11导通，再在焊柱2的柱顶沉积出厚度为0.1μm的氧化物材质的导电层3，该CIS晶圆的正面为前道互连工艺做的线路，该线路最上面一层金属层包含bondingPAD区域；在PAD金属层上面沉积导电层3，该导电层3可以是镍；用大马士革和电镀工艺在PAD上面进行RDL工艺，该RDL工艺可以是单层的也可以是多层的，最终通过互连和重新布线，在CIS晶圆的正面定义出焊盘；焊盘定义好之后，用电镀的方式在焊盘上进行焊柱的沉积，如图2所示；

b、在CIS晶圆1的正面以喷涂方式上厚度为10nm的临时键合胶4，临时键合胶4选择热固环氧树脂，在临时键合胶4上以热压键合方式键合负载晶圆5，负载晶圆5是厚度为200μm的有机玻璃薄片，以负载晶圆5为支撑，减薄CIS晶圆1的背面，再在CIS晶圆1的背面对应图像传感器的位置添加滤光镜6和微透镜7，如图3所示；

c、在CIS晶圆1的背面以喷涂方式上厚度为50μm透光胶8，透光胶8的材质是环氧树脂，在透光胶8的背面以热压键合方式键合透光封盖9，如图4所示；

d、以透光封盖9为支撑，去除负载晶圆5和临时键合胶4，清洗CIS晶圆1上残留的临时键合胶4，清洗后，以透光封盖9为支撑进行切割，得到背照式图像传感器的晶圆级封装部件，如图5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方法包括以下步骤：

a、在厚度为500μm的硅质CIS晶圆1的正面打出焊柱孔，用电镀的方式在焊柱孔内沉积出焊柱2，焊柱2与CIS晶圆1内的引线11导通，再在焊柱2的柱顶沉积出10μm的锡材质的导电层3，如图2所示；

b、在CIS晶圆1的正面以挂胶方式上厚度为200μm的临时键合胶4，临时键合胶4选择热固环氧树脂，在临时键合胶4上以热压键合方式键合负载晶圆5，负载晶圆5是厚度为600μm的有机玻璃薄片，以负载晶圆5为支撑，减薄CIS晶圆1的背面，再在CIS晶圆1的背面对应图像传感器的位置添加滤光镜6和微透镜7，如图3所示；

c、在CIS晶圆1的背面以挂胶方式上厚度为100μm透光胶8，透光胶8的材质是有机硅胶，在透光胶8的背面以热压键合方式键合透光封盖9，如图4所示；

d、以透光封盖9为支撑，去除负载晶圆5和临时键合胶4，清洗CIS晶圆1上残留的临时键合胶4，清洗后，以透光封盖9为支撑进行切割，得到背照式图像传感器的晶圆级封装部件，如图5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方法包括以下步骤：

a、在厚度为400μm的硅质CIS晶圆1的正面打出焊柱孔，用电镀的方式在焊柱孔内沉积出焊柱2，焊柱2与CIS晶圆1内的引线11导通，再在焊柱2的柱顶沉积出5μm的铜材质的导电层3，如图2所示；

b、在CIS晶圆1的正面以滚胶方式上厚度为120μm的临时键合胶4，临时键合胶4选择UV环氧树脂，在临时键合胶4上激光辐射方式键合负载晶圆5，负载晶圆5是厚度为300μm的有机玻璃薄片，该步骤激光采用紫外波段激光，以负载晶圆5为支撑，减薄CIS晶圆1的背面，再在CIS晶圆1的背面对应图像传感器的位置添加滤光镜6和微透镜7，如图3所示；

c、在CIS晶圆1的背面以滚胶方式上厚度为70μm透光胶8，透光胶8的材质是酸性玻璃胶，在透光胶8的背面以激光辐射方式键合透光封盖9，该步骤激光采用紫外波段激光，如图4所示；

d、以透光封盖9为支撑，去除负载晶圆5和临时键合胶4，清洗CIS晶圆1上残留的临时键合胶4，清洗后，以透光封盖9为支撑进行切割，得到背照式图像传感器的晶圆级封装部件，如图5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方法包括以下步骤：

a、在厚度为200μm的硅质CIS晶圆1的正面打出焊柱孔，用电镀的方式在焊柱孔内沉积出焊柱2，焊柱2与CIS晶圆1内的引线11导通，再在焊柱2的柱顶沉积出1μm的金材质的导电层3，如图2所示；

b、在CIS晶圆1的正面以直接贴膜方式上厚度为100nm的临时键合胶4，临时键合胶4选择UV环氧树脂，在临时键合胶4上激光辐射方式键合负载晶圆5，负载晶圆5是厚度为400μm的有机玻璃薄片，该步骤激光采用红外波段激光，以负载晶圆5为支撑，减薄CIS晶圆1的背面，再在CIS晶圆1的背面对应图像传感器的位置添加滤光镜6和微透镜7，如图3所示；

c、在CIS晶圆1的背面以直接贴膜方式上厚度为90μm的透光胶8，透光胶8的材质是酚醛树脂，在透光胶8的背面以激光辐射方式键合透光封盖9，该步骤激光采用红外波段激光，如图4所示；

d、以透光封盖9为支撑，去除负载晶圆5和临时键合胶4，清洗CIS晶圆1上残留的临时键合胶4，清洗后，以透光封盖9为支撑进行切割，得到背照式图像传感器的晶圆级封装部件，如图5所示。

实施例1、实施例2、实施例3和实施例4所得到的背照式图像传感器的晶圆级封装，它包括CIS晶圆1、焊柱2、导电层3、临时键合胶4、负载晶圆5、滤光镜6、微透镜7、透光胶8、透光封盖9、图像传感器10与引线11；在CIS晶圆1的正面通过临时键合胶4连接有负载晶圆5，在CIS晶圆1的背面连接有透光胶8，在透光胶8的背面连接有透光封盖9，在CIS晶圆1内设有焊柱2、导电层3、滤光镜6、图像传感器10与引线11，在图像传感器10的背面设有滤光镜6，在滤光镜6的背面设有微透镜7，微透镜7嵌入透光胶8内，图像传感器10的正面与引线11的下端部相连，引线11的上端部与焊柱2的下端部相连，焊柱2的上端面与导电层3的背面相连，导电层3的正面与CIS晶圆1的正面平齐。

所述CIS晶圆1的材质为硅，且CIS晶圆1的厚度为100~400μm。

焊柱2可以是单一的铜、锡或铝金属，也可以是不同金属层，包括铜锡、锡银、锡金等；该焊柱2可以是柱体，也可以是凸点，其柱顶可以是平面的，也可以是通过沉积和回流焊技术而布置的焊球。

所述导电层3的材质为金、铜、镍、锡或其合金，导电层3的厚度为0.1~10μm。

所述临时键合胶4为热固环氧树脂或者UV环氧树脂，临时键合胶的厚度为50nm~100μm，且临时键合胶的上胶方式为喷涂方式、挂胶方式、滚胶方式或者直接贴膜方式，该临时键合胶4通过加热、光子辐射、电子辐射、声波辐射或其他辐射方式作用后，其黏性会降低或者消失。

步骤b中，在CIS晶圆1的正面通过临时键合胶4键合负载晶圆5的键合方式是热压键合或者激光辐射方式键合。

所述激光为紫外波段激光、红外波段激光或者可见光波段激光。

所述负载晶圆5的材质是硅晶圆、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，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，负载晶圆5的厚度为200~600μm；

所述透光胶8为环氧树脂、有机硅胶、酸性玻璃胶或者酚醛树脂，透光胶8的厚度为50~100μm，且透光胶8的上胶方式为喷涂方式、挂胶方式、滚胶方式或者直接贴膜方式。

所述透光封盖9的材质为有机玻璃、无机玻璃、陶瓷、塑料或者有机薄膜，该透光封盖9的透光性应满足CIS晶圆1的要求，该透光封盖9的作用是保护CIS晶圆1的BSI面不受后续制程的污染以及在后续的切割过程中提供支撑，且透光封盖9的厚度为100~500μm。

步骤c中，在透光胶8的背面键合透光封盖9的键合方式是热压键合或者辐射方式键合。

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方法，其特征是该方法包括以下步骤：

a、在CIS晶圆（1）的正面打出焊柱孔，用电镀的方式在焊柱孔内沉积出焊柱（2），焊柱（2）与CIS晶圆（1）内的引线（11）导通，再在焊柱（2）的柱顶沉积出导电层（3）；

b、在CIS晶圆（1）的正面通过临时键合胶（4）键合负载晶圆（5），以负载晶圆（5）为支撑，减薄CIS晶圆（1）的背面，再在CIS晶圆（1）的背面对应图像传感器（10）位置添加滤光镜（6）和微透镜（7）；

c、在CIS晶圆（1）的背面涂上透光胶（8），在透光胶（8）的背面键合透光封盖（9）；

d、以透光封盖（9）为支撑，去除负载晶圆（5）和临时键合胶（4），清洗CIS晶圆（1）上残留的临时键合胶（4），清洗后，以透光封盖（9）为支撑进行切割。

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方法，其特征是：所述导电层（3）的材质为金、铜、镍、锡或其合金，导电层（3）的厚度为0.1~10μm。

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方法，其特征是：所述临时键合胶（4）为热固环氧树脂或者UV环氧树脂，临时键合胶（4）的厚度为10nm~200μm，且临时键合胶（4）的上胶方式为喷涂方式、挂胶方式、滚胶方式或者直接贴膜方式。

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方法，其特征是：步骤b中，在CIS晶圆（1）的正面通过临时键合胶（4）键合负载晶圆（5）的键合方式是热压键合或者激光辐射方式键合。

5.如权利要求5所述的一种背照式图像传感器的晶圆级封装方法，其特征是：所述激光为紫外波段激光、红外波段激光或者可见光波段激光。

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方法，其特征是：所述负载晶圆（5）的材质是硅晶圆、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，负载晶圆（5）的厚度为200~600μm。

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方法，其特征是：所述透光胶（8）为环氧树脂、有机硅胶、酸性玻璃胶或者酚醛树脂，透光胶（8）的厚度为50~100μm，且透光胶（8）的上胶方式为喷涂方式、挂胶方式、滚胶方式或者直接贴膜方式。

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方法，其特征是：所述透光封盖（9）的材质为有机玻璃、无机玻璃、陶瓷、塑料或者有机薄膜，透光封盖（9）的厚度为100~500μm。

9.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方法，其特征是：步骤c中，在透光胶（8）的背面键合透光封盖（9）的键合方式是热压键合或者辐射方式键合。

10.一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）、焊柱（2）、导电层（3）、临时键合胶（4）、负载晶圆（5）、滤光镜（6）、微透镜（7）、透光胶（8）、透光封盖（9）、图像传感器（10）与引线（11）；在CIS晶圆（1）的正面通过临时键合胶（4）连接有负载晶圆（5），在CIS晶圆（1）的背面连接有透光胶（8），在透光胶（8）的背面连接有透光封盖（9），在CIS晶圆（1）内设有焊柱（2）、导电层（3）、滤光镜（6）、图像传感器（10）与引线（11），在图像传感器（10）的背面设有滤光镜（6），在滤光镜（6）的背面设有微透镜（7），微透镜（7）嵌入透光胶（8）内，图像传感器（10）的正面与引线（11）的下端部相连，引线（11）的上端部与焊柱（2）的下端部相连，焊柱（2）的上端面与导电层（3）的背面相连，导电层（3）的正面与CIS晶圆（1）的正面平齐。