CN110957333B - 晶圆级图像传感器封装件 - Google Patents

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Abstract

提供了图像传感器封装。图像传感器封装件包括封装衬底和布置在封装衬底上方的图像传感器芯片。该集成电路器件还包括位于图像传感器芯片上面的保护层，该保护层具有平坦的顶面和内衬并且接触保护层下面的结构的底面，以及在图像传感器芯片的外周周围间隔开的晶圆上屏蔽结构。由于被内置保护层代替而不再需要分立的盖玻璃或红外滤光器和相应的介入材料，图像传感器封装件的高度可以减小。由于被内置的晶圆上光屏蔽结构代替而不再需要分立的遮光罩和相应的介入材料，图像传感器封装件的尺寸可以减小。本发明的实施例还涉及晶圆级图像传感器封装件。

Description

晶圆级图像传感器封装件
技术领域
本发明的实施例涉及晶圆级图像传感器封装件。
背景技术
数码相机和光学成像装置采用图像传感器。图像传感器将光学图像转换为可以表示为数字图像的数字数据。图像传感器包括像素传感器和支持逻辑的阵列。阵列的像素传感器是用于测量入射光的单位器件，并且支持逻辑有助于读出测量结果。图像传感器通常表现为电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)器件或背侧照明(BSI)器件。
发明内容
本发明的实施例提供了一种图像传感器封装件，包括：封装衬底；图像传感器芯片，布置在所述封装衬底上方；保护层，位于所述图像传感器芯片上面，所述保护层具有平坦的顶面以及内衬和接触所述保护层下面的结构的底面；以及晶圆上屏蔽结构，在所述图像传感器芯片的外围周围间隔开，并且具有直接接触所述保护层的侧壁。
本发明的另一实施例提供了一种制造图像传感器封装件的方法，所述方法包括：提供第一衬底，所述第一衬底具有形成在前侧上的多个像素感测阵列和附接到背侧的载体晶圆；在相应的多个像素感测阵列上方形成多个滤色器阵列；在所述多个滤色器阵列上面形成保护层；穿过滤色器阵列之间的所述保护层和所述第一衬底形成开口；用遮光材料填充所述开口；对所述遮光材料执行分离工艺以形成多个分立的管芯，所述多个分立的管芯分别具有在所述第一衬底、所述滤色器阵列和所述保护层的外围周围间隔开的晶圆上屏蔽结构。
本发明的又一实施例提供了一种图像传感器封装件，包括：第一衬底；金属化叠层，设置在所述第一衬底上方；器件层，设置在所述金属化叠层上方并且具有设置在其中的像素感测阵列；滤色器阵列，设置在所述像素感测阵列上方；微透镜阵列，设置在所述滤色器阵列上方；保护层，位于所述微透镜阵列上面；以及晶圆上屏蔽结构，在所述图像传感器封装件的外围周围间隔开并且包括下部和上部，所述下部围绕并接触所述第一衬底，所述上部接触所述保护层。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1示出了具有图像传感器芯片的图像传感器封装件的一些实施例的截面图。
图2示出了根据图1的图像传感器芯片的一些实施例的截面图。
图3示出了具有图像传感器芯片的图像传感器封装件的可选实施例的截面图。
图4示出了具有图像传感器芯片的图像传感器封装件的可选实施例的截面图。
图5至图17示出了处于各个制造阶段的图像传感器芯片的一些实施例的一系列截面图和俯视图。
图18示出了用于制造具有图像传感器芯片的图像传感器封装件的方法的一些实施例的流程图。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实现本发明的不同特征不同的实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实施例或实例以简化本发明。当然这些仅是实例而不旨在限制。例如，元件的尺寸不限于所公开的范围或值，但可能依赖于工艺条件和/或器件所需的性能。此外，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。为了简单和清楚的目的，各个部件可以以不同的比例任意地绘制。
此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的空间关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间关系术语旨在包括器件在使用或操作工艺中的不同方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其它方位)，并且在本文中使用的空间关系描述符可以同样地作相应地解释。
此外，这里可以使用“第一”、“第二”、“第三”等以便于描述以区分一幅图形或一系列图的不同元件。“第一”、“第二”、“第三”等不旨在描述相应的元件。因此，结合第一图描述的“第一介电层”可以不必对应于结合另一图描述的“第一介电层”。
图像传感器通常在体衬底或晶圆上成批制造。然后将图像传感器所对应的管芯分离或单个化以形成芯片，芯片通常被封装以供使用。封装提供防止冲击和腐蚀的保护，将图像传感器芯片连接到外部器件的接触以及散热。封装包括将图像传感器芯片接合在封装衬底上并将图像传感器芯片电耦合到封装衬底。此外，在图像传感器芯片上形成壳体结构，以用封装衬底包封图像传感器芯片。然后，完成的封装件可以接合和/或电耦合到柔性印刷电路(FPC)和/或外部器件。
在封装工艺期间，一些光学部件插在壳体结构和图像传感器芯片之间，以获得高质量的图像。这些光学部件可包括一组用于辐射引导和成像的模块透镜、用于过滤红外光的红外截止滤色器以及用于防尘的盖玻璃。而且，沿着封装的图像传感器芯片的侧壁布置遮光罩以阻挡不需要的光。然而，这些光学部件的使用导致高成本和更大的封装件尺寸，这对于诸如移动和医疗用途的应用是不利的。
鉴于前述内容，本发明涉及一种新的图像传感器封装件和用于封装图像传感器芯片的改进方法。在将晶圆或体衬底分离成分立管芯之前，改进的方法以晶圆级形成晶圆上保护层和光学部件。改进的方法还可以在管芯之间形成开口，并以晶圆级用遮光材料填充开口，以沿着图像传感器芯片的侧壁形成晶圆上遮光结构。通过用相应的晶圆上部件替换各个图像传感器封装件的不同保护和光学部件，那些晶圆上保护和光学部件直接以晶圆级形成在图像传感器芯片上。因此，简化了制造工艺，减小了封装件的尺寸和高度，并且改善了图像传感器的性能。
参考图1，提供了根据一些实施例的图像传感器封装件的截面图100。图像传感器封装件包括设置在封装衬底106上的图像传感器芯片102。在一些实施例中，封装衬底106是体半导体衬底或绝缘体上硅(SOI)衬底。在其他实施例中，封装衬底106是另一芯片或集成电路。在一些实施例中，图像传感器芯片102是电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)器件或BSI器件之一。在其他实施例中，图像传感器芯片102可以用另一种类型的芯片代替。其他类型的芯片包括存储器芯片(例如，闪存芯片)、射频(RF)芯片等。
晶圆上屏蔽结构104围绕封装衬底106上的图像传感器芯片102的外围并沿着图像传感器芯片102的侧壁间隔开。保护层110布置成覆盖图像传感器芯片102。保护层110的侧壁可以直接接触晶圆上屏蔽结构104的侧壁。保护层110可以具有与晶圆上屏蔽结构104的顶面对准的平坦顶面。保护层110可以具有位于保护层110下方的底面衬里和接触结构。保护层110可包括光刻胶、浮法玻璃、熔融石英、硅、锗、丙烯酸树脂或其他适用的材料。
在一些实施例中，晶圆上透镜108布置在图像传感器芯片102上方并且位于保护层110下方。在一些实施例中，晶圆上透镜108可以横向延伸到晶圆上屏蔽结构104。在一些可选实施例中，晶圆上透镜108可具有由保护层110覆盖的顶部和侧壁表面。晶圆上屏蔽结构104可直接附接到晶圆上透镜108。尽管晶圆上透镜108在图中示出为单个凸透镜，可以理解，晶圆上透镜108可以包括多个透镜并且可以具有其他形状。
在一些实施例中，晶圆上滤光涂层130布置在图像传感器芯片102上方并且位于保护层110下方。晶圆上滤光涂层130可以布置在晶圆上透镜108的上方或下方。晶圆上滤光涂层130配置为过滤一定范围的辐射光谱。作为示例，晶圆上滤光涂层130可以是红外截止滤色器，其被设计成在传输可见光时反射或阻挡中红外波长。晶圆上滤光涂层130或晶圆上透镜108可以是光刻胶、浮法玻璃、熔融石英、硅、锗、丙烯酸树脂、颜料或其他适用的材料。
在一些实施例中，壳体结构包围保护层110和图像传感器芯片102上方的其他晶圆上结构。作为示例，第一壳体结构112布置在晶圆上屏蔽结构104上。第一壳体结构112在图像传感器芯片102上横向向内延伸，以在横向延伸的侧壁之间的图像传感器芯片102上方限定通常为圆形的第一孔114。第二壳体结构122通常可拆卸地布置在第一孔114中。第二壳体结构122包括在图像传感器芯片102上方的通常为圆形的第二孔126。在第二孔126内，布置包括一个或多个透镜的模块透镜128。模块透镜128设计成将光聚焦到图像传感器芯片102上并固定到第二壳体结构122。
虽然未在图中示出，但是可以在图像传感器芯片102和封装衬底106之间布置接合结构，以将图像传感器芯片102接合和/或电耦合到封装衬底106，和/或将图像传感器芯片102或封装衬底106电耦合到外部器件和/或外部接合焊盘(未示出)。接合结构可以是焊球，但是其他类型的接合结构是合适的。
由于由内置保护层110和/或晶圆上滤光涂层130代替，不再需要分立的盖玻璃或红外滤色器以及相应的介入材料，因此可以降低图像传感器封装件的高度。由于可以安装晶圆上透镜108，因此也可以省略或减少用于图像传感器封装件的模块透镜的一个或多个透镜。此外，由于被晶圆遮光结构104中的内置代替而不再需要分立的遮光罩和相应的介入材料，所以可以减小图像传感器封装件的尺寸。例如，图像传感器封装件的尺寸和高度可以减小到芯片级(即，不大于芯片尺寸的1.2倍)。甚至，由于图像传感器芯片的布局需要最小的改变，因此可以简化图像传感器封装件的组装。
参考图2，提供了根据一些实施例的图像传感器芯片的横截面200。图像传感器芯片适合用作图1的图像传感器芯片102。图像传感器芯片包括集成电路(IC)区域202和围绕IC区域202的边缘区域204，IC区域202具有用于图像感测的IC电路，边缘区域204用于外部连接到封装衬底和/或外部器件。作为一些示例，图像传感器芯片可以是CCD器件、CMOS器件或BSI器件。
第一衬底206支撑像素传感器阵列208(例如有源像素传感器)以及IC区域202内的支持逻辑电路210(统称为IC电路)。第一衬底206例如是硅、锗或III族和V族元素的体衬底。或者，第一衬底206例如是SOI衬底。像素传感器是用于将光学图像转换成数字数据的单元器件，并且对应于入射在像素传感器阵列208上的光可以定位在其中的最小区域。支持逻辑电路210支持像素传感器阵列208的读出。支持逻辑电路210可以布置在像素传感器阵列208的外围周围。
器件层212和金属化叠层214布置在第一衬底206之上和/或与第一衬底206一起，以共同形成像素传感器阵列208和支持逻辑电路210。器件层212包括电子器件，例如图像传感器芯片的晶体管、电阻器、电容器、光电二极管等。器件层212通常包括用于像素传感器阵列208的光电探测器(例如光电二极管)以及用于支持逻辑电路210的晶体管。金属化叠层214通过布置在层间介电(ILD)层内的一个或多个金属化层216互连电子器件。一个或多个接触件220将器件层212电耦合到金属化层216，并且一个或多个通孔222将金属化层216彼此电耦合。
在一些实施例中，如图所示，器件层212布置在第二衬底224的底面上和/或第二衬底224内的金属化叠层214上。在其他实施例中，省略第二衬底224，并且器件层212布置在第一衬底206的顶面上和/或第一衬底206内的金属化叠层214下方。可以采用第二衬底224，其中图像传感器芯片是BSI器件，使得第一衬底206用作载体衬底，并且第二衬底224用作图像传感器衬底。第二衬底224例如是硅、锗或III族和V族元素的体衬底。或者，第二衬底224例如是SOI衬底。
在一些实施例中，滤色器阵列234可以布置在像素传感器阵列208上方，并且微透镜阵列236布置在滤色器阵列234上方。滤色器阵列234是放置成为像素传感器分配颜色的微小滤色器的镶嵌体(mosaic)，因为像素传感器无法区分不同颜色的光。例如，滤色器阵列234是拜耳滤色器。拜耳滤色器包括红色、绿色和蓝色滤色器的镶嵌体，布置为50％绿色、25％红色和25％蓝色的滤色器图案。滤色器的这种布置是有利的，因为红色、绿色和蓝色可以以不同的组合混合以产生人眼可见的大部分颜色。微透镜阵列236通过滤色器阵列234将光聚焦到像素传感器阵列208。在一些可选实施例中，不存在滤色器阵列，并且微透镜阵列236位于像素传感器阵列208上面并将光聚焦到像素传感器阵列208。
在一些实施例中，平坦层238可以布置在滤色器阵列234和微透镜阵列236之间。平坦层238可以布置在第二衬底224的顶面和/或金属化叠层214上方。平坦层238使滤色器阵列234的顶面平滑以减小滤色器阵列234的表面粗糙度并减小微透镜阵列236的微透镜之间的形貌差异。平坦层238是透明的并且包括例如氧化硅或氧化铝。
图像传感器接合焊盘226沿着图像传感器芯片的侧壁布置在ILD层218和边缘区域204内。图像传感器接合焊盘226通过金属化叠层214电耦合到IC区域202。图像传感器接合焊盘226包括一个或多个外部接合焊盘，以将器件层212电耦合到外部器件以供正常使用和一个或多个测试接合焊盘以用于晶圆验收测试(WAT)或电路探测。
类似于上面图1中所讨论的，晶圆上屏蔽结构104围绕图像传感器芯片的外围布置，以限定图像传感器芯片的侧壁。晶圆上屏蔽结构104可包括较窄的下部和较宽的上部。较窄的下部分内衬于第一衬底206、金属化叠层214、第二衬底224/器件层212以及可选的平坦层238。较宽的上部内衬于晶圆上滤光涂层130、晶圆上透镜108和保护层110。晶圆上屏蔽结构104和保护层110可以具有对准的平坦顶面。
参考图3，根据可选实施例，提供了图像传感器封装件的截面图300。图像传感器封装件包括图像传感器芯片302，图像传感器芯片302具有沿着图像传感器芯片302的顶部布置的滤光板304(例如玻璃板)以在图像传感器芯片302内限定空腔306。空腔适当地布置在图像传感器芯片302的感测区域上。在一些实施例中，图像传感器芯片302是CCD、CMOS器件或BSI器件之一。图像传感器芯片302的钝化层308沿着图像传感器芯片302的底部布置。钝化层308内衬于图像传感器芯片302的底部中的TSV孔。导电层填充在TSV中并且限定了衬底通孔(TSV)310。接合和/或电耦合(B/EC)结构312布置在图像传感器芯片302的底部，耦合到TSV 310以通过TSV 310将图像传感器芯片302接合和/或电耦合到外部器件和/或衬底。B/EC结构312通常是焊球，但是其它类型的接合结构是合适的。
类似于图1和图2中所描述的，第一壳体结构112布置在图像传感器芯片302上和图像传感器芯片302的外围周围。第一壳体结构112在图像传感器芯片302上垂直延伸并且在图像传感器芯片302上方横向向内延伸以限定第一孔114。第二壳体结构122通常可拆卸地布置在第一孔114中。包括一个或多个透镜的模块透镜128布置在第二壳体结构122内。模块透镜128设计成将光聚焦到图像传感器芯片302上。通过使晶圆上屏蔽结构104替换围绕图像传感器芯片302的外围的管芯级遮光罩，图像传感器封装件的横向尺寸是有利地减小。通过将保护层110直接设置在图像传感器芯片302上，省略了盖玻璃，并且有利地降低了图像传感器封装件的高度。通过在图像传感器芯片302上直接具有一个或多个晶圆上透镜108，减少或省略模块透镜128，并且改善了成像质量。
参考图4，根据图1至图3的可选实施例，提供了图像传感器封装件的截面图400。通过将保护层110直接设置在图像传感器芯片302上，省略了盖玻璃，并且有利地降低了图像传感器封装件的高度。通过使晶圆上屏蔽结构104替换图像传感器芯片的外围周围的管芯级遮光罩，图像传感器封装件的横向尺寸有利地减小。
图5至图17示出了根据一些实施例的处于各个制造阶段的集成电路器件的一系列截面图和俯视图。
如图5的截面图500所示，提供了具有多个图像传感器管芯的半导体结构，图像传感器管芯包括第一图像传感器管芯1002和第二图像传感器管芯1004。第一和第二图像传感器管芯1002、1004对应于半导体结构的非重叠区域，并且与布置在第一和第二图像传感器管芯1002、1004之间的划线区域1006隔开。第一和第二图像传感器管芯1002、1004包括相应的IC1008、1010，用于感测和/或测量入射在第一和第二图像传感器管芯1002、1004上的光。IC 1008、1010对应于例如CCD器件、CMOS器件或BSI器件。
在第一衬底1012之上和/或内布置的器件层1014和金属化叠层1016共同形成IC1008、1010。第一衬底1012例如是硅、锗或者III族和V族元素的体半导体衬底。或者，第一衬底1012例如是SOI衬底。器件层1014包括电子器件，例如晶体管、电阻器、电容器、光电二极管等。金属化叠层1016通过布置在层间ILD层1020内的一个或多个金属化层1018互连电子器件。一个或多个接触件1022将器件层1014电耦合到金属化层1018，并且一个或多个通孔1024将金属化层1018彼此电耦合。
在一些实施例中，器件层1014布置在第二衬底1026的底面上和/或第二衬底1026内的金属化叠层1016上方。在其他实施例中，省略第二衬底1026，并且将器件层1014布置在第一衬底1012的顶面上和/或第一衬底1012内的金属化叠层1016下方。第二衬底1026例如是硅、锗或III族和V族元素的体半导体衬底。或者，第二衬底1026例如是SOI衬底。
图像传感器接合焊盘1028布置在第一和第二图像传感器管芯1002、1004之间的ILD层1020内。图像传感器接合焊盘1028通过金属化叠层1016电耦合到器件层1014以促进第一和第二图像传感器管芯1002、1004到外部器件的外部连接。第一和第二图像传感器管芯1002、1004包括由划线区域1006分开的图像传感器接合焊盘1028的对应的非重叠区域。
如图6的截面图600和图7的俯视图700所示，对应于多个图像传感器管芯的多个滤色器阵列1302形成或以其他方式布置在相应的图像传感器管芯的感测区域上。在一些实施例中，滤色器阵列1302形成或以其他方式布置在剩余的第二衬底1026上。在其他实施例中，滤色器阵列1302形成或以其他方式布置在剩余的金属化叠层1016或剩余的ILD层1020上。滤色器阵列1302例如是拜耳滤色器。
还如图6所示，平坦层1304形成在滤色器阵列1302上方并内衬于第二衬底1026。平坦层1304使滤色器阵列1302的顶面平滑以减小滤色器阵列1302的表面粗糙度，并且滤色器阵列1302可以是透明的。在一些实施例中，平坦层1304是或者包括例如氧化硅或氧化铝，并且可以通过气相沉积技术(例如，CVD、PE-CVD、PVD等)沉积。
还如图6所示，对应于滤色器阵列1302的多个微透镜阵列1306形成或以其他方式布置在滤色器阵列1302和平坦层1304上。微透镜阵列1306将光聚焦通过平坦层1304和滤色器阵列1302到器件层1014，用于由IC1008、1010进行感测。
如图8的截面图800和图9的俯视图900所示，多个晶圆上滤光涂层130和/或多个晶圆上透镜108可选地形成或以其他方式布置在滤色器阵列1302和微透镜阵列1306上方。在一些实施例中，晶圆上滤光涂层130可以在微透镜阵列1306上彼此离散，如图8所示。在一些可选实施例中，晶圆上滤光涂层130可以是第一连续物理层的一部分并且设置在微透镜阵列1306上。第一连续物理层内衬于滤色器阵列1302之间的平坦层1304。在一些实施例中，如图8所示，晶圆上透镜108可以彼此分离并设置在晶圆上滤光涂层130上。在一些可选实施例中，晶圆上透镜108可以是设置在晶圆上滤光涂层130或第一连续物理层上的第二连续物理层的凸起部分。取决于应用，晶圆上透镜108也可以是凹面或平面形状或其它形状，适当地引导入射光到达滤色器阵列1302上。晶片上透镜108也可以不存在。晶圆上滤光涂层130或晶圆上透镜108可以是光刻胶、浮法玻璃、熔融石英、硅、锗或其他适用的材料。晶圆上滤光涂层130或晶圆上透镜108可以通过模制或其他图案化工艺形成。在一些实施例中，晶圆上透镜108比晶圆上滤光涂层130厚约50至200倍。例如，晶圆上滤光涂层130可具有约1-2μm的厚度，并且晶圆上透镜108可具有约100-200μm的厚度。
如图10的截面图1000和图11的俯视图1100所示，在滤色器阵列1302和微透镜阵列1306上形成或以其他方式布置保护层110。在一些实施例中，保护层110形成为全部横跨晶圆，具有平坦的顶面。保护层110可以是光刻胶、浮法玻璃、熔融石英、硅、锗、丙烯酸树脂或其他适用的材料。保护层110可以通过旋涂或沉积工艺形成，例如通过低温化学机械沉积工艺。在一些实施例中，保护层110的从晶圆上透镜108的顶面到保护层110的顶面的厚度大于晶圆上透镜108的厚度。例如，保护层110可具有约300微米的厚度。
如图12的截面图1200和图13的俯视图1300所示，在第一和第二图像传感器管芯1002、1004之间形成开口1102。在一些实施例中，穿过保护层110、平坦层1304、第二衬底1026、金属化叠层1016和/或ILD层1020的选择区域执行第一蚀刻以到达第一衬底1012并形成开口1102。用于第一蚀刻的工艺包括例如在保护层110的顶面上形成第一光刻胶层，图案化第一光刻胶层，将蚀刻剂施加到保护层110、平坦层1304、第二衬底1026、金属化叠层1016和/或ILD层1020以选择性地蚀刻未被图案化的第一光刻胶层掩蔽的区域，以及去除图案化的第一光刻胶层。开口1102可以形成为具有较宽的上部和较窄的下部，如图12所示。开口1102也可以通过锯切工艺形成。
如图14的截面图1400和图15的俯视图1500所示，填充层1402形成在开口1102中(参见图12)。填充层1402可以是轻块材料，例如黑色树脂或其他适用的材料。在一些实施例中，填充层1402可以形成为具有与保护层110的顶面共面的顶面。
如图16的截面图1600所示，将第一和第二图像传感器管芯1002、1004分离。在一些实施例中，通过沿着穿过填充层1402和第一衬底1012的划线区域1006(参见图14)移动管芯锯来执行分离。该分离沿着第一和第二图像传感器管芯的侧壁形成第一和第二图像传感器芯片102a、102b，第一和第二图像传感器芯片102a、102b相应地包括剩余的第一和第二图像传感器管芯和来自剩余的填充层1402的晶圆上遮光结构104。然后去除载体晶圆1030(参见图14)。
如图17的截面图1700所示，在分离之后，可以封装第一和第二图像传感器芯片102a、102b。通过穿过第一衬底1012形成B/EC结构312，可以将图像传感器芯片焊接到封装衬底和/或外部器件。图像感测芯片也可以集成到相机模块116。这样的封装件和相机模块的一些示例在上面的图1至图4中示出和描述。
图18示出了形成集成电路器件的方法1800的流程图的一些实施例。尽管方法1800是关于图5至图17描述的，可以理解，方法1800不限于图5至图17中公开的这种结构，而是可以独立于图5至图17中所公开的结构存在。类似地，应当理解，图5至图17中公开的结构不限于方法1800，而是可以独立作为独立于方法1800的结构而存在。此外，尽管所公开的方法(例如，方法1800)在下面被示出并描述为一系列动作或事件，但它将应当理解，这些动作或事件的所示顺序不应被解释为限制意义。例如，一些动作可以以不同的顺序发生和/或与除了这里示出和/或描述的动作或事件之外的其他动作或事件同时发生。另外，可能不需要所有示出的动作来实现本文描述的一个或多个方面或实施例。此外，本文描绘的一个或多个动作可以在一个或多个单独的动作和/或阶段中执行。
在1802处，提供第一衬底，第一衬底具有位于前侧上的多个像素感测阵列以及附接到背侧的载体晶圆。图5示出了对应于动作1802的截面图500的一些实施例。
在1804处，在对应的多个像素感测阵列上方形成多个滤色器阵列。图6和图7示出了对应于动作1804的截面图600和俯视图700的一些实施例。
在1806处，在滤色器阵列上面形成晶圆上透镜和晶圆上滤光涂层。晶圆上透镜具有凸起的顶面。图8和图9示出了对应于动作1806的截面图800和俯视图900的一些实施例。
在1808处，在多个滤色器阵列上面形成保护层。图10和图11示出了对应于动作1808的截面图1000和俯视图1100的一些实施例。
在1810处，穿过滤色器阵列之间的保护层和第一衬底形成多个开口。图12和图13示出了对应于动作1810的截面图1200和俯视图1300的一些实施例。
在1812处，用遮光材料填充开口。图14和图15示出了对应于动作1812的截面图1400和俯视图1500的一些实施例。
在1814处，对遮光材料执行分离工艺以形成多个分立的管芯，多个分立的管芯分别具有在第一衬底、滤色器阵列和保护层的外围周围间隔开的晶圆上屏蔽结构。在1816处，去除载体晶圆。图16示出了对应于动作1814和动作1816的截面图1600的一些实施例。
在1818处，将模块透镜附接到管芯的前侧，并且将电连接结构形成到管芯的背侧。图17示出了对应于动作1818的截面图1700的一些实施例。
应当理解，虽然在整个本文件中参考了讨论本文所述方法的各方面的示例性结构，但这些方法不受所呈现的相应结构的限制。相反，方法(和结构)应被认为是彼此独立的并且能够独立地实施并且可以在不考虑图中描绘的任何特定方面的情况下实施。另外，本文所述的层可以以任何合适的方式形成，例如通过旋涂、溅射、生长和/或沉积技术等。
此外，基于对说明书和附图的阅读和/或理解，本领域技术人员可以想到等同的改变和/或修改。本文的公开内容包括这些修改和变更，并且通常不旨在由此限制。例如，虽然本文提供的附图被示出和描述为具有特定的掺杂类型，但是应当理解，可以使用替代的掺杂类型，如本领域普通技术人员将理解的。
因此，如从上文可以理解的，本发明涉及集成电路器件。集成电路器件包括封装衬底和布置在封装衬底上的图像传感器芯片。该集成电路器件还包括位于图像传感器芯片上面的保护层，该保护层具有平坦的顶面以及内衬和接触保护层下面的结构的底面，以及在图像传感器芯片的外围周围间隔开的晶圆上屏蔽结构。晶圆上屏蔽结构具有直接接触保护层的侧壁。
在上述集成电路器件中，其中，所述保护层的顶面与所述晶圆上屏蔽结构的顶面对准。
在上述集成电路器件中，还包括：晶圆上透镜，具有凸出的顶面并且布置在所述图像传感器芯片之上和所述保护层之下。
在上述集成电路器件中，还包括：晶圆上透镜，具有凸出的顶面并且布置在所述图像传感器芯片之上和所述保护层之下，其中，所述晶圆上透镜的侧壁直接接触所述晶圆上屏蔽结构的侧壁。
在上述集成电路器件中，还包括：晶圆上透镜，具有凸出的顶面并且布置在所述图像传感器芯片之上和所述保护层之下，还包括：晶圆上滤光涂层，布置在所述图像传感器芯片之上和所述晶圆上透镜之下；其中，所述晶圆上滤光涂层配置为过滤红外光。
在上述集成电路器件中，还包括：晶圆上透镜，具有凸出的顶面并且布置在所述图像传感器芯片之上和所述保护层之下，还包括：晶圆上滤光涂层，布置在所述图像传感器芯片之上和所述晶圆上透镜之下；其中，所述晶圆上滤光涂层配置为过滤红外光，其中，所述晶圆上滤光涂层的侧壁直接接触所述晶圆上屏蔽结构的侧壁。
在上述集成电路器件中，还包括：第一衬底，设置在所述封装衬底上方；金属化叠层，设置在所述第一衬底上方；器件层，设置在所述金属化叠层上方并且具有设置在其中的像素感测阵列；滤色器阵列，设置在所述像素感测阵列上方；以及微透镜阵列，设置在所述滤色器阵列上方；其中，所述保护层直接接触所述微透镜阵列。
在上述集成电路器件中，还包括：第一衬底，设置在所述封装衬底上方；金属化叠层，设置在所述第一衬底上方；器件层，设置在所述金属化叠层上方并且具有设置在其中的像素感测阵列；滤色器阵列，设置在所述像素感测阵列上方；以及微透镜阵列，设置在所述滤色器阵列上方；其中，所述保护层直接接触所述微透镜阵列，还包括：平坦层，布置在所述滤色器阵列和所述微透镜阵列之间，其中，所述平坦层具有接触所述晶圆上屏蔽结构的侧壁。
在上述集成电路器件中，还包括：第一衬底，设置在所述封装衬底上方；金属化叠层，设置在所述第一衬底上方；器件层，设置在所述金属化叠层上方并且具有设置在其中的像素感测阵列；滤色器阵列，设置在所述像素感测阵列上方；以及微透镜阵列，设置在所述滤色器阵列上方；其中，所述保护层直接接触所述微透镜阵列，还包括：平坦层，布置在所述滤色器阵列和所述微透镜阵列之间，其中，所述平坦层具有接触所述晶圆上屏蔽结构的侧壁，其中，所述晶圆上屏蔽结构包括上部和下部，其中，所述上部宽于或等于所述下部。
在上述集成电路器件中，还包括：第一衬底，设置在所述封装衬底上方；金属化叠层，设置在所述第一衬底上方；器件层，设置在所述金属化叠层上方并且具有设置在其中的像素感测阵列；滤色器阵列，设置在所述像素感测阵列上方；以及微透镜阵列，设置在所述滤色器阵列上方；其中，所述保护层直接接触所述微透镜阵列，还包括：平坦层，布置在所述滤色器阵列和所述微透镜阵列之间，其中，所述平坦层具有接触所述晶圆上屏蔽结构的侧壁，其中，所述晶圆上屏蔽结构包括上部和下部，其中，所述上部宽于或等于所述下部，其中，所述下部接触所述第一衬底、所述金属化叠层和所述器件层的侧壁。
在上述集成电路器件中，还包括：第一衬底，设置在所述封装衬底上方；金属化叠层，设置在所述第一衬底上方；器件层，设置在所述金属化叠层上方并且具有设置在其中的像素感测阵列；滤色器阵列，设置在所述像素感测阵列上方；以及微透镜阵列，设置在所述滤色器阵列上方；其中，所述保护层直接接触所述微透镜阵列，还包括：平坦层，布置在所述滤色器阵列和所述微透镜阵列之间，其中，所述平坦层具有接触所述晶圆上屏蔽结构的侧壁，其中，所述晶圆上屏蔽结构包括上部和下部，其中，所述上部宽于或等于所述下部，其中，所述上部位于所述平坦层的顶面上并且具有接触所述平坦层的顶面的底面。
在另一实施例中，本发明涉及一种制造集成电路(IC)的方法。该方法包括提供第一衬底，该第一衬底具有形成在前侧上的多个像素感测阵列和附接到背侧的载体晶圆，并且在相应的多个像素感测阵列上方形成多个滤色器阵列。该方法还包括在多个滤色器阵列上面形成保护层。该方法还包括穿过滤色器阵列之间的保护层和第一衬底形成开口，并用遮光材料填充开口。该方法还包括对遮光材料执行分离工艺以形成多个分立的管芯，多个分立的管芯分别具有在第一衬底、滤色器阵列和保护层的外围周围间隔开的晶圆上屏蔽结构。
在上述方法中，还包括：从管芯去除所述载体晶圆；将模块透镜附接至所述管芯的前侧；以及形成至所述管芯的背侧的电连接结构。
在上述方法中，其中，所述开口形成为包括位于所述第一衬底内的较窄的下部和穿过所述保护层的较宽的上部。
在又一个实施例中，本发明涉及集成电路器件。该集成电路器件包括第一衬底和设置在第一衬底上的金属化叠层。该集成电路器件还包括设置在金属化叠层上方并具有设置在其中的像素感测阵列的器件层。集成电路器件还包括设置在像素感测阵列上方的滤色器阵列和设置在滤色器阵列上方的微透镜阵列。该集成电路器件还包括位于微透镜阵列上面的保护层，以及在图像传感器封装件的外围周围间隔开并且包括下部和上部的晶圆上屏蔽结构，下部围绕并接触第一衬底，上部接触保护层。
在上述集成电路器件中，其中，所述保护层的顶面与所述晶圆上屏蔽结构的顶面对准。
在上述集成电路器件中，还包括：具有凸出的顶面的晶圆上透镜和配置为过滤红外光的晶圆上滤光涂层，所述晶圆上透镜和所述晶圆上滤光涂层布置在所述微透镜阵列和所述保护层之间。
在上述集成电路器件中，还包括：具有凸出的顶面的晶圆上透镜和配置为过滤红外光的晶圆上滤光涂层，所述晶圆上透镜和所述晶圆上滤光涂层布置在所述微透镜阵列和所述保护层之间，其中，所述晶圆上滤光涂层的侧壁直接接触所述晶圆上屏蔽结构的侧壁。
在上述集成电路器件中，还包括：具有凸出的顶面的晶圆上透镜和配置为过滤红外光的晶圆上滤光涂层，所述晶圆上透镜和所述晶圆上滤光涂层布置在所述微透镜阵列和所述保护层之间，其中，所述晶圆上滤光涂层、所述晶圆上透镜或所述保护层的底面与所述晶圆上屏蔽结构的底面对准。
在上述集成电路器件中，还包括：具有凸出的顶面的晶圆上透镜和配置为过滤红外光的晶圆上滤光涂层，所述晶圆上透镜和所述晶圆上滤光涂层布置在所述微透镜阵列和所述保护层之间，其中，所述晶圆上屏蔽结构的所述上部宽于所述下部。
上面概述了若干实施例的特征，使得本领域人员可以更好地理解本发明的方面。本领域人员应该理解，它们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其它工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并且不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文中它们可以做出多种变化、替换以及改变。

Claims (20)

1.一种图像传感器封装件，包括：
封装衬底；
图像传感器芯片，布置在所述封装衬底上方并且包括微透镜阵列；
保护层，位于所述图像传感器芯片的所述微透镜阵列上面，并且所述保护层具有平坦的顶面以及内衬和接触所述保护层下面的结构的底面；
晶圆上透镜，具有凸出的顶面并且布置在所述微透镜阵列之上和所述保护层之下；以及
晶圆上屏蔽结构，在所述图像传感器芯片的外围周围间隔开，并且具有直接接触所述保护层的侧壁，
其中，所述晶圆上透镜的侧壁直接接触所述晶圆上屏蔽结构的侧壁。
2.根据权利要求1所述的图像传感器封装件，其中，所述保护层的顶面与所述晶圆上屏蔽结构的顶面对准。
3.根据权利要求1所述的图像传感器封装件，其中，所述保护层包括光刻胶、浮法玻璃、熔融石英、硅、锗或丙烯酸树脂材料。
4.根据权利要求1所述的图像传感器封装件，其中，所述晶圆上透镜具有100-200μm的厚度。
5.根据权利要求1所述的图像传感器封装件，还包括：
晶圆上滤光涂层，布置在所述图像传感器芯片之上和所述晶圆上透镜之下；
其中，所述晶圆上滤光涂层配置为过滤红外光。
6.根据权利要求5所述的图像传感器封装件，其中，所述晶圆上滤光涂层的侧壁直接接触所述晶圆上屏蔽结构的侧壁。
7.根据权利要求1所述的图像传感器封装件，还包括：
第一衬底，设置在所述封装衬底上方；
金属化叠层，设置在所述第一衬底上方；
器件层，设置在所述金属化叠层上方并且具有设置在其中的像素感测阵列；
滤色器阵列，设置在所述像素感测阵列上方；
所述微透镜阵列设置在所述滤色器阵列上方。
8.根据权利要求7所述的图像传感器封装件，还包括：
平坦层，布置在所述滤色器阵列和所述微透镜阵列之间，
其中，所述平坦层具有接触所述晶圆上屏蔽结构的侧壁。
9.根据权利要求8所述的图像传感器封装件，其中，所述晶圆上屏蔽结构包括上部和下部，其中，所述上部宽于或等于所述下部。
10.根据权利要求9所述的图像传感器封装件，其中，所述下部接触所述第一衬底、所述金属化叠层和所述器件层的侧壁。
11.根据权利要求9所述的图像传感器封装件，其中，所述上部位于所述平坦层的顶面上并且具有接触所述平坦层的顶面的底面。
12.一种制造图像传感器封装件的方法，所述方法包括：
提供第一衬底，所述第一衬底具有形成在前侧上的多个像素感测阵列和附接到背侧的载体晶圆；
在相应的多个像素感测阵列上方形成多个滤色器阵列；
在所述多个滤色器阵列上面形成保护层；
穿过滤色器阵列之间的所述保护层和所述第一衬底形成开口；
用遮光材料填充所述开口；
对所述遮光材料执行分离工艺以形成多个分立的管芯，所述多个分立的管芯分别具有在所述第一衬底、所述滤色器阵列和所述保护层的外围周围间隔开的晶圆上屏蔽结构。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
从管芯去除所述载体晶圆；
将模块透镜附接至所述管芯的前侧；以及
形成至所述管芯的背侧的电连接结构。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述开口形成为包括位于所述第一衬底内的较窄的下部和穿过所述保护层的较宽的上部。
15.一种图像传感器封装件，包括：
第一衬底；
金属化叠层，设置在所述第一衬底上方；
器件层，设置在所述金属化叠层上方并且具有设置在其中的像素感测阵列；
滤色器阵列，设置在所述像素感测阵列上方；
微透镜阵列，设置在所述滤色器阵列上方；
保护层，位于所述微透镜阵列上面；以及
晶圆上屏蔽结构，在所述图像传感器封装件的外围周围间隔开并且包括下部和上部，所述下部围绕并接触所述第一衬底，所述上部接触所述保护层，
壳体结构，位于所述晶圆上屏蔽结构和所述保护层的上方，
其中，所述保护层的顶面与所述晶圆上屏蔽结构的顶面对准，并且所述保护层的顶面与所述壳体结构之间、或者所述保护层的顶面与所述壳体结构下方的滤光板之间通过连续的空隙结合在一起。
16.根据权利要求15所述的图像传感器封装件，其中，所述保护层直接接触所述微透镜阵列。
17.根据权利要求15所述的图像传感器封装件，还包括：
具有凸出的顶面的晶圆上透镜和配置为过滤红外光的晶圆上滤光涂层，所述晶圆上透镜和所述晶圆上滤光涂层布置在所述微透镜阵列和所述保护层之间。
18.根据权利要求17所述的图像传感器封装件，其中，所述晶圆上滤光涂层的侧壁直接接触所述晶圆上屏蔽结构的侧壁。
19.根据权利要求17所述的图像传感器封装件，其中，所述晶圆上滤光涂层、所述晶圆上透镜或所述保护层的底面与所述晶圆上屏蔽结构的底面对准。
20.根据权利要求17所述的图像传感器封装件，其中，所述晶圆上屏蔽结构的所述上部宽于所述下部。
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