TW200820396A - Semiconductor chip package manufacturing method and structure thereof - Google Patents

Description

200820396 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種半導體晶片封裝製程及其結構，特 別是有關於一種適於影像感測元件之無凸塊封裝、社構的势 造方法及其結構。 【先前技術】 請參照[第1A圖]所繪示之美國專利公報第 6, 040, 235揭露一種半導體晶片封裝方法，該專利技術係 在一晶圓110主動表面覆蓋一絕緣材120，如破j离，其自 晶圓主動表面之接點延伸至晶圓之背面。晶圓經切割成複 數個晶片後’母一晶片的接點係猎由金屬線路延伸至 封裝件表面。然而，若每一晶圓中之晶片不良品過多的 話’例如-片晶圓中有半數晶片均是不良品，則用此種封 裝方式顯然效益不彰。 另外，請簽照[第1B圖]所繪示之美國專利公報第 6,271，469號揭示一種半導體晶片封裝方法，其以膠沪 140作為承載晶片150之基底，接著再形成一絕緣層 160，在絕緣層上形成金屬線路170。藉此程序可形成二 凸塊之封裝結構。然而此一製程及結構因無法在半導體晶 片表面形成鏤空的開π，故並不義於封裝 = 或溫、澄度感測元件等須以主動表面接觸空氣而= 導體晶片，故其應用領域有限。 【發明内容】 5 200820396 有鑑於此，本發明所欲解決的問題，係提供一種半導 體晶片封裝製程及其結構，使其封裝結構具有由晶片主動 表面延伸至晶片背面的接點，並於晶片主動表面之主動區 域具有影像感測晶片所需之開口結構。 為解決上述問題，本發明所提出之_手段係一種半 導體晶片封裝製程及其結構，其製程步驟包括：提供一具 有-上表面與-下表面之基底，基底包含複數個影像感測 晶片及外圍之絕緣膠體，每一影像感測晶片具有一與基底 上表面齊平的主動表面及—與基底下表面齊平相對之背 面’主動表面上具有複數個銲塾，及一主動區域；覆蓋一 透明絕緣體於每-影像感測晶片之主動區域上；形成一絕 、、彖層於基底上表面；形成複數個開口於絕緣層上，且其開 係位於衫像感測晶片銲塾處，以使輝塾裸露；形成複數 個貫穿孔郷像❹如相，且貫穿絕緣層及基底之絕 緣膠形成—金屬層於絕緣層表面、開σ表面、銲塾表 面、貝牙孔表面及基底下表面上，以延伸銲墊至基底下表 面；圖案化金屬層以裸露透明絕緣體頂部區域，並除去基 底下表面上之金屬層的部分區域，而形成複數個接點；以 及施以切·術，_成複數個包含單—影像感應晶片之 封裝結構。 採用了本發明之半導體晶片封裝製程及其結構，可運 用其製程將晶片之主動表面的接點延伸側晶片背面，而形 成無凸塊之封裝件，且因本製程可在其所封裝之晶片主動 表面的主動區域上方作出開口，可令晶以件與光源接 200820396 觸，較適用於影像感測元件等光學元件之封穿。 【實施方式】 清參知[第2A圖]、[第2B圖]、[第2C圖]、[第2D 圖]、[第2E圖]、[第2F圖]、[第2G圖]及[第2H圖]所 繪示的本發明第-實施例之製造流程剖面示意圖。其製造 步驟係包括：預先提供一基底21，基底21具有一上表面 211與-下表面212 ’且基底21係包含複數個影像感測晶 片213及包圍於影像感測晶片213之一絕緣膠體214，每 一影像感測晶片213具有一與基底21上表面211齊平的 主動表面2131及一與基底21下表面212齊平的背面 2132，主動表面2131上具有複數個銲墊21311及一主動 區域21312 ;再覆蓋一透明絕緣體22，如運用一透明膠體 直接覆蓋的方式，或利用玻璃覆蓋於每一影像感測晶片 213之主動區域21312上，亦可應用一間格子31撐起透 明絕緣體22以使影像感測晶片213與透明絕緣體22保持 一間距；續形成一絕緣層23於基底21上表面211，其厚 度與透明絕緣體22頂面大致相等為佳；接著可利用如曝 光顯影技術形成複數個開口 231於絕緣層23上，且位於 衫像感測晶片213鮮塾21311處而使鲜塾21311裸霖；再 形成複數個貫穿孔24於影像感測晶片213外侧，且貫穿 孔24係貝牙、纟巴緣層23及基底21的絕緣膠體214 ;再形 成一金屬層25於絕緣層23表面、開口 231表面、銲墊 21311表面、貫穿孔24表面及基底21下表面上，以延伸 200820396 知21311至基底21下表面，且其形成方式可先以麟 方式先鑛上金屬種子層（seed layer)於其表面（圖中未 示）’再以電鍍方式形成金屬層25於金屬種子層上，以使 王屬層25具足夠厚度；繼而將金屬層％ _化以裸露透 明絕緣體22頂部區域，並除去基底21下表面上之金屬層 25的部分區域，而形成複數個接點％ ;最後施以切割技 術’用以形成複數個包含單一影像感應晶片213之半導體 晶片封裝結構。 請參照[第3A圖]、[第3B圖]、[第3C圖]、[第3D 圖]及立[第3E圖]所緣示之本發明第二實施例之製造流程剖 面不意圖。上述之本發明第一實施例亦可再進一步改進為 另-第二實施例如下所述’在上述第一實施例之將金屬層 25圖案化以裸露透明絕緣體&頂部區域步驟之後、施以 切割技術步驟之前，更包括下列步驟：形成-上保護層 27及下保4層28，上保護層27設於基底21上表面 211下保4層28設於基底21下表面212 ;再形成複數 们開29於下保護層28之植球位置，以及上保護層27 之透明絕緣體22頂部的相對位置，以暴露出透明絕緣體 22—頂孩面，最後再形成複數個鲜球於下保護層沈 之每接點26，以使銲球3G與金屬層25形成電性連 上述弟-實施例或第二實施例中，形成複數個貫穿孔 24於影像感測晶片213外側之步驟之前，更包含形成一 應力緩衝層32於基底下表面之步驟。且前述貫穿孔24更 200820396 包含貫穿應力緩衝層32。 上述第-實施例或第二實施例中，在覆蓋一透明絕緣 體22之步驟更包含預先在透明絕緣體22❻部表面貼一防 濩膠（圖中未示），並在形成複數個銲球3〇之步驟中，更 包含去除防護膠之步驟。 請參照第4A ®所繪示本發明第—實補之封裝結構 剖面示意圖。其半導體晶片封裝結構4〇包括：一影:感 測晶片213(image sensor die)，其包含一主動表面 2131，及一相對之背面2132，且主動表面2131上具有一 主動區域21312及複數個銲塾21311 ; 一透明絕緣體22 係設置於影像感測晶片213主動區域21312上；一絕=層 23係形成於影像感測晶片213主動表面並包覆影^ j測晶片213之周圍區域，且具有複數個開口 231用:曝 路出影像感測晶片213之銲墊21311 ; -圖案化金屬層41 係^成於絕緣層23、開口 231與影像感測晶片213背面 之部分區域，並於背面形成複數個接點26，且圖案化金 屬=41電性連接於銲墊21311 ;以及複數個導通孔犯， 係貫穿絕緣層23且電性連接於圖案化金屬層幻。 續請參照第4B圖。上述半導體晶片封裝結構4〇結構 之改進’可更包含-上保護層27及一下保護層28，上保 護層27形成於絕緣層23的上表面，並曝露出透明絕緣體 22處’而下保護層28卿成於影像感測晶片213背面， ，具有至少—開口 29,用以曝露出接點26。亦可再包括 後數個銲球30 ’其係形成於該些接點26上。 200820396 績請參照第5A圖。前述半導體晶片封裝結構4〇結構 之？進:其中絕緣層23與圖案化金屬層41之間，更包含 j友衝層32形成於影像感測晶片213背面與絕緣層 、面上，且圖案化金屬層41並包覆於應力緩 之底面。 績請參照第5B圖。前述半導體晶片封裝結構4〇結構 可匕3間格子31(space)置於影像感測晶片213主動 表面2131上，並擇起透明絕緣體22，使其跨設並保持一 間距於影縣測晶片213主動區域簡2上。 综上所述，乃僅記載本發明為呈現解決問題所採用的 技術手段讀佳實财核實關而已，並非用來限定本 毛明專利’之域。即凡與本發明專利申請顧文義相 符’或依本發明專利範圍所做的均等變化與修飾，皆為本 發明專利範圍所涵蓋。 【圖式簡單說明】 第1A圖繪示先前技術之半導體晶片封裝結構； 第1B圖繪示另一先前技術之半導體晶片封裝結構； 第2A圖、第2B圖、第2C圖、第2D圖、第2E圖、第2F圖、第 2G圖及第2H圖繪示本發明第一實施例之製造流程 剖面不意圖； 第3A圖、第3B圖、第3C圖、第3D圖及第3E圖繪示本發明第 二實施例之製造流程剖面示意圖； 第4A圖繪示本發明第一實施例之封裝結構剖面示意圖； 第4B圖繪示本發明第二實施例之封裝結構剖面示意圖； 200820396 第5A圖繪示本發明之形成於影像感測晶片背面與絕緣層下 表面之應力緩衝層封裝結構剖面示意圖；以及 第5B圖繪示本發明之運用間格子架起透明絕緣體之封裝結 構剖面示意圖。 【主要元件符號說明】 [先前技術部分] 110 晶圓 120 絕緣材 130 金屬線路 140 膠體 150 晶片 160 絕緣層 170 金屬線路 [本發明部分] 21 基底 211 上表面 212 下表面 213 影像感測晶片 2131 主動表面 21311銲墊 21312主動區域 2132 背面 214 絕緣膠體 22 透明絕緣體 11 200820396 23 絕緣層 231 開口 24 貫穿孔 25 金屬層 26 接點 27 上保護層 28 下保護層 29 開口 30 鲜球 31 間格子 32 應力緩衝層 40 半導體晶片封裝結構 41 圖案化金屬層 42 導通孔 12

Claims (1)

1. 200820396 十、申请專利範圍： 1. 一種半導體晶片封裝製程，其包含下列步驟： 提供一基底，該基底具有一上表面與一下表面，且 該基底係包含複數個影像感測晶片及包圍於該些影像感 測晶片之一絕緣膠體，每一該些影像感測晶片具有一與 該基底上表面齊平的主動表面及一與該基底下表面齊平 之背面，該主動表面上具有複數個銲墊，及一主動區 域； 设盍一透明絕緣體於每一該些影像感測晶片之主動 區域上； 形成一絕緣層於該基底上表面； 形成複數個開口於該絕緣層上，且該些開口係位於 β亥些衫像感測晶片焊塾處，以使該些鮮塾裸露·’ 形成複數個貫穿孔於該些影像感測晶片外側，且貫 穿該絕緣層及該基底之絕緣膠體； 、 形成一金屬層於該絕緣層表面、該些開口表面、該 些銲塾表面、該些貫穿孔表面及該基底下表面上，以^ 伸該些銲墊至該基底下表面； 、，圖案化該金屬層’以裸露該透明絕緣體頂部區域， 卫除去德底下表面上之該金屬相部分區域，而 複數個接點；以及 χ 施以切割技術，用以形成複數個包含單—影像感應 晶片之封裝結構。 2. 如申請專利細第1項所述之铸體晶片封裝製程，其 13 200820396 中在該圖案化該金屬層步驟之後且於施以切割技術步，驟 之前，更包含下列步驟： 形成-上保護層及—τ賴層，該上倾層設於讀 基底上表面，該下保護層設於該基底下表面； 形成複數個開口於該下保護層之該些植球位置，及 該上保護狀該翻絕緣_部的相對位置，以暴露出 該透明絕緣體頂部表面，·以及 。 形成複數個銲球於該下保護層之每一該些接點，以 使該些銲球與該金屬層形成連接。 3.如申請專利範圍第！項所述之半導體晶片封裝製程，其 中=形成複數個貫穿孔於該些影像_晶料側之步驟 之别，更包含形成-應力缓衝層於該基底下表面。 4·如申請專利範圍第3項所述之半導體晶片封裝製程，其 中該些貫穿孔更包含貫穿該應力緩衝層。 " 5. 如申請專利範圍第1項所述之半導體晶片封裝製程，其 中該覆蓋-透明絕緣體之步驟更包含預先在該透明絕緣 體頂部表面貼一防護膠，並在該形成複數個鋅球之步騍 中，更包含去除該防護膠。 夕1 6. 如申請專職圍第丨項所述之半導體晶片封裝製程 中該覆蓋-透縣雜之步職_—透卿體將㈣ :絕緣體直接覆蓋於每—該些影像感測晶片主動區= 7. 如申請專纖圍第丨項所述之半導體晶片封裝製程，1 中該覆蓋-透明絕緣體之步驟係於每—該些影像^則晶 14 200820396 片主動區域上，利用—間格子（spacer)樓起該透明絕緣 體，以使每-該些影像感測晶片與該透明絕緣體保持一 間距。 8·如申凊專利細第1項所述之半導體晶片封裝製程，其 中该形成-金屬層步驟細濺鍍方賴上—金屬種子層 (seed layer) ’再以電鍍方式在該金屬種子層上形成金 屬層。 9· 一種半導體晶片封裝結構，其包含： 一影像感測晶片（image sensor die)，其包含一主 動表面’及-相對之背面，且該主動表面上具有一主動 區域及複數個銲墊； -透明絕緣體，其係設置於該影像_晶片主動區 域上； -絕緣層’其係形成於該影像_晶片主動表面並 包覆該影像感測晶片之區域，轉有複數個開口， 用以曝露出該影像感測晶片之該些銲墊； 一圖案化金屬層’其係形成於該絕緣層、該些絕緣 層開口與韻彡像感測晶片背面之部分區域，並於該背面 以及 案化金屬層電性連接於該^ 且電性連接於該 複數個導通孔，係貫穿該絕緣層 圖案化金屬層。 瓜如申料概圍第9韻狀半物^封裝 更包含一上保護層及—下保護層，該上保護層形成於 15 200820396 該絕緣層的上表面，並曝露出該透明絕緣體處，上 下保護層則形成於該影像感测晶片背面，並具有= 亥 一開口，用以曝露出該些接點。 少 11·如申料·_ 9項所述之半導體襄結 更包括複數個銲球，其係形成於該些接點上。 12·如申請專利範圍第9項所述之半導體晶片封裝結構 其中该絕緣層與該圖案化金屬層之間，更包含一應 緩衝層形成於該影像感測晶片背面_絕緣層下= 上，且該圖案化金屬層並包覆於該應力緩 面。 可嘈之底 13·如申請專利範圍第9項所述之半導體晶片封 其中該絕緣層係為環氧_旨。 〜構’ 14·如申請專利範圍第9項所述之半導體晶片封裝結構， 其中及透明絕緣體係一玻璃。 15·如申請專利範圍第9項所述之半導體晶片封裝結構， 其中該透明絕緣體係一透明膠體。 16·如申明專利範圍第9項所述之半導體晶片封裝結構， 更包含-間格子(space)置於該影像感測晶片主動表面 上，亚樓起該透明絕緣體，使其跨設並保持-間距於 該影像感測晶片主動區域上。 、 17.如申料魏_ 9項所述之半導體⑼封裝結構， 〃中緣層之一上表面與該透明絕緣體頂面同高。 18·如申㈤專利補第9項崎之半導體^難結構， 其中該上保護層及該下保護層係為防鲜綠漆層。 16