CN111146225A - 一种组合图像传感器芯片的形成方法和芯片分离方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种组合图像传感器芯片的形成方法和芯片分离方法，其中，组合图像传感器芯片的形成方法包括：提供承载基底；在承载基底上通过热解膜临时键合多个滤光片、在滤光片上形成围堰、在围堰上键合图像传感器芯片，围堰、滤光片、和图像传感器芯片围成空腔，图像传感器芯片所在的一面为第一表面滤光片所在的一面为第二表面；提供环形边框以及切割膜、粘合膜，切割膜和粘合膜粘合在一起，且周边粘贴于环形边框，粘合膜所能承受的温度大于热解膜失效的温度；将切割膜粘合在第一表面上；加热使热解膜失效，以去除承载基底；利用拾片设备，将滤光片和图像传感器芯片构成的整体从切割膜上取下。

Description

一种组合图像传感器芯片的形成方法和芯片分离方法
技术领域
本发明涉及芯片制造领域，尤其涉及一种组合图像传感器芯片的形成方法和芯片分离方法。
背景技术
在半导体器件制作的过程中，进行贴晶(Die Attach)之前，需要将晶圆或芯片粘贴在切割膜(可DA膜)上，切割膜具有可切割性和粘性，使得释放的晶粒或芯片不会散落，但是不耐高温(200度左右)，当芯片制造过程中需要高温工艺时，需要用耐高温膜(可耐400度高温)作为临时粘合膜，在高温工艺结束后，通过倒模工艺将芯片粘合在切割膜上，去掉耐高温膜。耐高温膜不能直接作为切割膜，因为其切割时会碎裂，不具有可切割性(不可DA)。当芯片与切割膜分离时，会在芯片的表面留有切割膜的痕迹，比如当芯片的一面为玻璃时，在玻璃上留有切割膜的痕迹会影响芯片的性能。针对这种情况，现有的解决方案需要两次倒模工艺，先将耐高温膜粘合于芯片非玻璃的一面，再在芯片带有玻璃的一面粘贴UV光解膜(UV光解膜不会在玻璃表面留有印迹)，通过第一次倒模将耐高温膜去掉，然后在芯片非玻璃的一面粘合切割膜，去掉UV光解膜。
因此，针对以上情况，如何简化工艺步骤，是目前面临的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种组合图像传感器芯片的形成方法和芯片制造方法，解决释放芯片工艺繁琐，产品良率不高的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种组合图像传感器芯片的形成方法，包括：
提供承载基底；
在所述承载基底上通过热解膜临时键合多个滤光片、在所述滤光片上形成围堰、在所述围堰上键合图像传感器芯片，所述围堰、滤光片、和所述图像传感器芯片围成空腔，所述图像传感器芯片所在的一面为第一表面所述滤光片所在的一面为第二表面；
提供环形边框以及切割膜、粘合膜，所述切割膜和所述粘合膜粘合在一起，且周边粘贴于所述环形边框，所述粘合膜所能承受的温度大于所述热解膜失效的温度；
将所述切割膜粘合在所述第一表面上；
加热使所述热解膜失效，以去除所述承载基底；
利用拾片设备，将所述滤光片和所述图像传感器芯片构成的整体从所述切割膜上取下。
本发明还提供了一种芯片分离方法，包括：
提供第一结构，所述第一结构包括承载基底以及位于所述承载基底上表面的芯片，所述芯片包括相对的第一表面和第二表面，所述第二表面通过热解膜粘合在所述承载基底的上表面，所述第二表面在所述芯片分离过程中与切割膜相对设置；
提供环形边框以及切割膜、粘合膜，所述切割膜和所述粘合膜粘合在一起，且周边粘贴于所述环形边框，所述粘合膜所能承受的温度大于所述热解膜失效的温度；
将所述切割膜粘合在所述第一表面上；
加热使所述热解膜失效，以去除所述承载基底；
利用拾片设备，将所述芯片从所述切割膜上取下。
本发明的有益效果在于：通过在图像传感器芯片所在的一面贴双层膜(切割膜和粘合膜)，省略将组合图像传感器芯片贴在UV膜上的倒模工艺，简化了工艺流程，节省了使用UV膜的成本。在去除承载基底的过程中，严格控制加热时间和加热温度，保证既能够使热解膜失效又能保证切割膜不失效。同时组合图像传感器芯片不与粘合膜接触，避免了将组合图像传感器芯片从粘合膜上分离，损坏芯片的问题(粘合膜粘性大，去掉的过程中容易使图像传感芯片和滤光片分离)，提高了产品的良率。
本发明的芯片分离方法，通过在待分离的芯片上表面贴双层膜(切割膜和耐高温膜)，省略一步将芯片贴在UV膜上的倒模工艺，节省了使用UV膜的成本，同时保证在工艺过程中，芯片需要保护的一面不与切割膜粘合。在去除承载基底的过程中，严格控制加热时间和加热温度，保证既能够使热解膜失效又能保证切割膜不失效。由于芯片不与耐高温膜接触，避免了将芯片从耐高温膜上分离，损坏芯片的问题，提高了产品的良率。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明一实施例的一种组合图像传感器芯片的形成方法的流程图。
图2至图8示出了根据本发明一实施例的一种组合图像传感器芯片的形成方法各步骤对应的结构示意图。
附图标记说明：
10-承载基底；11-热解膜；20-滤光片；21-围堰；22-图像传感器芯片；30-环形边框；31-粘合膜；32-切割膜。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面的说明和附图，本发明的优点和特征将更清楚，然而，需说明的是，本发明技术方案的构思可按照多种不同的形式实施，并不局限于在此阐述的特定实施例。附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
在说明书和权利要求书中的术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换，例如可使得本文所述的本发明实施例能够以不同于本文所述的或所示的其他顺序来操作。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。若某附图中的构件与其他附图中的构件相同，虽然在所有附图中都可轻易辨认出这些构件，但为了使附图的说明更为清楚，本说明书不会将所有相同构件的标号标于每一图中。
本发明一实施例提供了一种组合图像传感器芯片的形成方法，请参考图1，图1为本发明一实施例的一种组合图像传感器芯片的形成方法的流程图，所述形成方法包括：
S01：提供承载基底；
S02：在所述承载基底上通过热解膜临时键合多个滤光片、在所述滤光片上形成围堰、在所述围堰上键合图像传感器芯片，所述围堰、滤光片、和所述图像传感器芯片围成空腔，所述图像传感器芯片所在的一面为第一表面所述滤光片所在的一面为第二表面；
S03：提供环形边框以及切割膜、粘合膜，所述切割膜和所述粘合膜粘合在一起，且周边粘贴于所述环形边框，所述粘合膜所能承受的温度大于所述热解膜失效的温度；
S04：将所述切割膜粘合在所述第一表面上；
S05：加热使所述热解膜失效，以去除所述承载基底；
S06：利用拾片设备，将所述滤光片和所述图像传感器芯片构成的整体从所述切割膜上取下。
下面请参考图2至图8对所述组合图像传感器芯片的形成方法进行阐述。图2至图8是本发明组合图像传感器芯片的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。
参考图2，提供承载基底10。
承载基底10作为临时承载结构，用于在其上方形成组合图像传感器芯片，形成完组合图像传感器芯片后，需要将承载基底10去掉。承载基底10的材质可以为以下所提到的材料中的任意一种：硅(Si)、锗(Ge)、锗硅(SiGe)、碳硅(SiC)、碳锗硅(SiGeC)、砷化铟(InAs)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)或者其它III/V化合物半导体。
参考图3和图4，在所述承载基底10上通过热解膜11临时键合多个滤光片20、在所述滤光片20上形成围堰21、在所述围堰21上键合图像传感器芯片22，所述围堰21、滤光片20、和所述图像传感器芯片22围成空腔，所述图像传感器芯片22所在的一面为第一表面，所述滤光片20所在的一面为第二表面。
本实施例中，在承载基底10上形成所述组合图像传感芯片的方法为：将热解膜11粘合在承载基底10上，所述热解膜11的材料包括：聚氯乙烯、环氧丙烷、聚对苯二甲酸乙二酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或两种以上的组合物。所述热解膜失效温度均大于150度，一般为180-210度。在热解膜11上键合多个滤光片20。本实施例中滤光片20为红外滤光玻璃，用于滤除红外线。在每个滤光片20上形成围堰21，所述围堰21用于将滤光片20与图像传感器芯片22粘合在一起。围堰21的材料可以是结构胶或者干膜，当围堰21的材料为结构胶时，将结构胶涂抹在滤光片20上，将图形传感器芯片22粘合在结构胶上。本实施例中，围堰21的形状为封闭的环形，以使所述围堰21、滤光片20、和所述图像传感器芯片22围成封闭的空腔。防止外界环境对图像传感器芯片产生污染。
参考图5和图6，提供环形边框30以及切割膜31、粘合膜31，所述切割膜31和所述粘合膜32粘合在一起，且周边粘贴于所述环形边框30，所述粘合膜32所能承受的温度大于所述热解膜11失效的温度；将所述切割膜31粘合在所述第一表面上。
此步骤为将组合图像传感器芯片与承载基底10分离前的准备工序，第一表面为图像传感芯片22所在的一面，图像传感芯片22可以用来被DA(die attach)，滤光片20所在的一面不能被DA，因为组合图像传感器芯片从切割膜31上分离时，拾片设备的顶针从切割膜31的下方将组合图像传感器芯片顶起，会在顶针所在的位置留下印记，在滤光片20表面留下印记会影响组合图像传感器芯片的性能。因此切割膜31需要贴在图像传感芯片22所在的一面。
切割膜31为半导体工艺中常用的膜层，具有一定的弹性、粘性和可切割性，但不耐高温，切割膜31能够承受的温度范围一般小于170度。其结构包括：第一基材层和粘合于所述第一基材层表面的第一粘合层，所述第一基材层的材质包括聚氯乙烯或丙烯酸酯，所述第一粘合层的材质包括丙烯酸系聚合物。所述切割膜31的厚度一般为0.5-1.5mm。本实施例中的切割膜31厚度大于1mm。本实施例中，切割膜31在后期去除承载基底10的过程中需要承受短暂的高温(200度左右)，高温下，切割膜31会发生一定程度的软化，较厚的膜层相对于薄的膜层具有更好的耐高温性能。
粘合膜32，具有较强的粘性，且能够耐高温，其所能承受的温度大于所述热解膜11失效的温度。本实施例中热解膜11失效的温度为200度左右，粘合膜32能够承受的最高温度为400度。但是粘合膜32的材料存在脆性，不适用于切割和DA(die attach)。所述粘合膜32的结构包括：第二基材层和粘合于所述第二基材层表面的第二粘合层；所述第二基材层的材质包括聚酰亚胺，所述第二粘合层的材质包括丙烯酸系聚合物。
本实施例中，将粘合膜32、切割膜31粘合在一起，将切割膜31粘合在所述第一表面(图像传感器芯片22)上的方法包括：参考图5，首先将所述切割膜31粘合在环形边框30上，将环形边框30和粘合有组合图像传感器芯片的承载基底10放入贴合设备内，切割膜31的第一粘合层朝向图像传感器芯片22所在的一面，进行粘合，贴合工艺采用如下参数：贴合温度为20℃～120℃，贴合压力为0.1MPa～1MPa，贴合速度为10mm/s～100mm/s。参考图6，贴完切割膜31后，将粘合膜32的第二粘合层朝向切割膜31的第一基材层所在的一面，将两层膜贴合在一起，同时粘合膜32也粘合在环形边框30上，贴合的工艺参数参照将切割膜31粘合在图像传感芯片22的工艺参数。
在另一个实施例中，将粘合膜32、切割膜31粘合在一起，将切割膜31粘合在所述第一表面(图像传感器芯片22)上的方法包括：首先将所述切割膜31粘合在环形边框30上，再将粘合膜32的第二粘合层朝向切割膜31的第一基材层进行贴合，同时粘合膜32也粘合在环形边框30上。两层膜粘合在一起后，再将切割膜31的第一粘合层朝向图像传感器芯片22所在的一面进行粘合，贴合工艺采用的参数参照上一实施例，此处不在赘述。
参照图7，加热使所述热解膜失效，以去除所述承载基底；
根据前文所述，热解膜的失效温度为180-210度，切割膜能够承受的温度范围小于170度，粘合膜能够承受的最高温度为400度。可知，热解膜的失效温度大于切割膜的失效温度，如果在加热使所述热解膜失效，去除所述承载基底的过程中，切割膜也失效，则导致工艺的失败。这也是现有工艺中在去除承载基底后再贴切割膜的原因。因此在保证使所述热解膜失效，以去除所述承载基底的过程中，保证切割膜不失效是本方案的关键。需要对加热时间和加热温度严格控制，通过反复试验，本实施例中采用在180℃-210℃的温度下加热0.8-1.2分钟，可以保证在热解膜失效的情况下，切割膜虽然发生一定程度的软化，但没有形变流出，恢复室温后，仍然具有可DA性。
切割膜能够不失效的另外一个原因为：切割膜夹在粘合膜和组合图像传感器芯片之间，试验发现，当组合图像传感芯片的密度较大时，可以进一步减少切割膜的软化程度。
参考图8，利用拾片设备，将所述滤光片20和所述图像传感器芯片22构成的整体从所述切割膜上取下。
拾片设备包括顶针和真空吸嘴，顶针从粘合膜的背面将组合图像传感芯片向上顶起，真空吸嘴吸住滤光片，将所述滤光片和所述图像传感器芯片构成的整体从所述切割膜上取下。
需要说明的是，粘合膜不可DA，当被顶针顶起的过程中可能会出现被顶针顶破出现脆裂的情况，但是组合图像传感芯片不直接与粘合膜接触，并不影响将组合图像传感芯片从切割膜上取下。
本实施例中，图像传感器芯片22与所述滤光片20背离的一面设有焊垫，将所述滤光片20和所述图像传感器芯片22构成的整体从所述切割膜31上取下后还包括：通过所述焊垫将所述图像传感芯片22与外部电路电连接。组合图像传感器芯片为微摄像头成像模组的一部分，图像传感器芯片22与外部电路电连接后，能够实现对图像的采集和处理。
本发明另一实施例还提供了一种芯片分离方法，包括：
提供第一结构，所述第一结构包括承载基底以及位于所述承载基底上表面的芯片，所述芯片包括相对的第一表面和第二表面，所述第二表面通过热解膜粘合在所述承载基底的上表面，所述第二表面在所述芯片分离过程中与切割膜相对设置；
提供环形边框以及切割膜、粘合膜，所述切割膜和所述粘合膜粘合在一起，且周边粘贴于所述环形边框，所述粘合膜所能承受的温度大于所述热解膜失效的温度；
将所述切割膜粘合在所述第一表面上；
加热使所述热解膜失效，以去除所述承载基底；
利用拾片设备，将所述芯片从所述切割膜上取下。
本实施例与上一实施例的区别在于，本实施例中的芯片不限于组合图像传感器芯片，还可以是其他芯片，其中所述芯片在与承载分离的过程中，与承载基底接触的表面不能与拾片设备的顶针接触。
本实施例中，所述切割膜能够承受的温度范围小于170度，所述热解膜的失效温度大于150度。所述粘合膜能够承受的最高温度为400度。所述加热使所述热解膜失效包括：在180℃-210℃的温度下加热0.8-1.2分钟，使所述热解膜失效。
发明人打破本领域技术人员普遍认为的切割膜在高温时会融化，不能在高温工艺前粘合切割膜的观点，在去除承载基底前将切割膜与粘合膜粘合，严格控制加热温度和加热时间，经过多次试验，找到在使热解膜失效的同时不使切割膜融化流出的参数设置，简化了工艺流程。
综上所述，本发明一实施例的通过在图像传感器芯片所在的一面贴双层膜(切割膜和粘合膜)，省略将组合图像传感器芯片贴在UV膜上的倒模工艺，简化了工艺流程，节省了使用UV膜的成本。在去除承载基底的过程中，严格控制加热时间和加热温度，保证既能够使热解膜失效又能保证切割膜不失效。同时组合图像传感器芯片不与粘合膜接触，避免了将组合图像传感器芯片从粘合膜上分离，损坏芯片的问题(粘合膜粘性大，去掉的过程中容易使图像传感芯片和滤光片分离)，提高了产品的良率。
本发明另一实施例芯片分离方法，通过在待分离的芯片上表面贴双层膜(切割膜和耐高温膜)，省略一步将芯片贴在UV膜上的倒模工艺，节省了使用UV膜的成本，同时保证在工艺过程中，芯片需要保护的一面不与切割膜粘合。在去除承载基底的过程中，严格控制加热时间和加热温度，保证既能够使热解膜失效又能保证切割膜不失效。由于芯片不与耐高温膜接触，避免了将芯片从耐高温膜上分离，损坏芯片的问题，提高了产品的良率。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于结构实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (16)

1.一种组合图像传感器芯片的形成方法，其特征在于，包括：
提供承载基底；
在所述承载基底上通过热解膜临时键合多个滤光片、在所述滤光片上形成围堰、在所述围堰上键合图像传感器芯片，所述围堰、滤光片、和所述图像传感器芯片围成空腔，所述图像传感器芯片所在的一面为第一表面所述滤光片所在的一面为第二表面；
提供环形边框以及切割膜、粘合膜，所述切割膜和所述粘合膜粘合在一起，且周边粘贴于所述环形边框，所述粘合膜所能承受的温度大于所述热解膜失效的温度；
将所述切割膜粘合在所述第一表面上；
加热使所述热解膜失效，以去除所述承载基底；
利用拾片设备，将所述滤光片和所述图像传感器芯片构成的整体从所述切割膜上取下。
2.根据权利要求1所述的组合图像传感器芯片的形成方法，其特征在于，所述切割膜包括：第一基材层和粘合于所述第一基材层表面的第一粘合层；所述第一基材层的材质包括聚氯乙烯或丙烯酸酯，所述第一粘合层的材质包括丙烯酸系聚合物。
3.根据权利要求1所述的组合图像传感器芯片的形成方法，其特征在于，所述切割膜能够承受的温度范围小于170度。
4.根据权利要求1所述的组合图像传感器芯片的形成方法法，其特征在于，所述切割膜的厚度大于1mm。
5.根据权利要求2所述的组合图像传感器芯片的形成方法，其特征在于，所述粘合膜包括：第二基材层和粘合于所述第二基材层表面的第二粘合层；所述第二基材层的材质包括聚酰亚胺，所述第二粘合层的材质包括丙烯酸系聚合物。
6.根据权利要求5所述的组合图像传感器芯片的形成方法，其特征在于，所述粘合膜能够承受的最高温度为400度。
7.根据权利要求1所述的组合图像传感器芯片的形成方法，其特征在于，所述热解膜的材料包括：聚氯乙烯、环氧丙烷、聚对苯二甲酸乙二酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物中的一种或两种以上的组合物。
8.根据权利要求7所述的组合图像传感器芯片的形成方法，其特征在于，所述热解膜的失效温度大于150度。
9.根据权利要求8所述的组合图像传感器芯片的形成方法，其特征在于，所述加热使所述热解膜失效包括：
在180℃-210℃的温度下加热0.8-1.2分钟，使所述热解膜失效。
10.根据权利要求5所述的组合图像传感器芯片的形成方法，其特征在于，所述粘合膜和所述切割膜之间的粘贴方式包括：
将所述粘合膜的第二粘合层朝向所述切割膜的第一基材层，采用如下参数进行粘合：贴合温度为20℃～120℃，贴合压力为0.1MPa～1MPa，贴合速度为10mm/s～100mm/s。
11.根据权利要求2所述的组合图像传感器芯片的形成方法，其特征在于，所述将所述切割膜粘合在所述第一表面上包括：
将所述切割膜的所述第一粘合层朝向所述第一表面，进行贴合工艺，所述贴合工艺采用如下参数：贴合温度为20℃～120℃，贴合压力为0.1MPa～1MPa，贴合速度为10mm/s～100mm/s。
12.根据权利要求1所述的组合图像传感器芯片的形成方法，其特征在于，所述图像传感器芯片与所述滤光片背离的一面设有焊垫，将所述滤光片和所述图像传感器芯片构成的整体从所述切割膜上取下后还包括：
通过所述焊垫将所述图像传感芯片与外部电路电连接。
13.一种芯片分离方法，其特征在于，包括：
提供第一结构，所述第一结构包括承载基底以及位于所述承载基底上表面的芯片，所述芯片包括相对的第一表面和第二表面，所述第二表面通过热解膜粘合在所述承载基底的上表面，所述第二表面在所述芯片分离过程中与切割膜相对设置；
提供环形边框以及切割膜、粘合膜，所述切割膜和所述粘合膜粘合在一起，且周边粘贴于所述环形边框，所述粘合膜所能承受的温度大于所述热解膜失效的温度；
将所述切割膜粘合在所述第一表面上；
加热使所述热解膜失效，以去除所述承载基底；
利用拾片设备，将所述芯片从所述切割膜上取下。
14.根据权利要求13所述的芯片分离方法，其特征在于，所述切割膜能够承受的温度范围小于170度，所述热解膜的失效温度大于150度。
15.根据权利要求13所述的芯片分离方法，其特征在于，所述粘合膜能够承受的最高温度为400度。
16.根据权利要求13所述的芯片分离方法，其特征在于，所述加热使所述热解膜失效包括：
在180℃-210℃的温度下加热0.8-1.2分钟，使所述热解膜失效。
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