TWI520312B - 背面照度影像感測器之封裝製程 - Google Patents

Description

背面照度影像感測器之封裝製程

本發明是有關於一種影像感測器，且特別是有關於一種背面照度影像感測器之封裝製程。

影像感測器係用以將接收到的光訊號轉換為電訊號，其主要應用於各種數位影像電子產品中。傳統影像感測器係將感測元件設置於半導體基板上，並且感測元件被配置於半導體基板上的多層金屬線路層所覆蓋。進入傳統影像感測器的光線必須先通過多層金屬線路層才能到達感測元件，因此，感測元件之感光能力受到局限。為了進一步提升影像感測器的感光能力，近年來背面照度影像感測器隨之出現。背面照度影像感測器係把感測元件置於半導體基板的背面，而於半導體基板上(正面)僅是配置多層金屬線路層。由於背面照度影像感測器之感光元件沒有被金屬線路層所覆蓋，因此感光量大增，從而使得影像感測器之感光能力大大增強。

目前，背面照度影像感測器之封裝製程，通常包括將半導體基板與載板貼合，於半導體基板設置感測元件，以及於載板配置金屬線路層等步驟。一般地，為使配置於載板的金屬線路層與半導體基板電性連接，通常在半導體 基板與載板貼合之後，根據半導體基板上多個接合墊的位置，再在載板上開設對應這些接合墊的孔，並進行後續之金屬化製程，以製作導通孔及於半導體基板製作金屬線路。但是，由於半導體基板與載板貼合之後，半導體基板的這些接合墊便處於不可見狀態，因此，在載板開孔過程中要對位這些接合墊比較困難，不儘費時費力導致封裝效率低下，而且還很容易出現孔與接合墊對位不準確，進而影響封裝品質。

有鑑於此，本發明提供一種背面照度影像感測器之封裝製程，以降低對位難度，從而提高封裝效率並提升封裝品質。

為達上述優點，本發明提出一種背面照度影像感測器之封裝製程，其包括以下步驟。提供晶圓，此晶圓具有第一表面以及與第一表面相對之第二表面，且第一表面設置有複數個接合墊。加工第一載板，以於第一載板中形成複數個盲孔，其中第一載板具有貼合面以及與貼合面相對之背面，且這些盲孔於貼合面形成開口。黏著第一載板之貼合面與晶圓之第一表面，且使盲孔分別與接合墊相對應。形成間隔層於晶圓之第二表面上，其中間隔層具有至少一開口區暴露出晶圓之第二表面。在此至少一開口區設置複數個感測器元件。黏著第二載板於間隔層上。於第一載板之背面進行載板薄化製程，以使這些盲孔成為貫通薄化後的第一載板之複數通孔，且暴露出接合墊。形成絕緣層於第一載板上，以覆蓋背面以及通孔之側壁。形成導電層於絕緣層上，並填入通孔中，以使導電層電連接於接合墊。

在本發明之一實施例中，上述之加工第一載板之方法包括：提供第一載板；形成氧化層於第一載板之貼合面上；以及移除部分氧化層及形成這些盲孔於第一載板中。在本發明之一實施例中，上述之移除部分氧化層及形成這些盲孔之方法包括蝕刻製程或鑽孔製程。在本發明之一實施例中，上述之第一載板為矽基板，且氧化層為二氧化矽層。

在本發明之一實施例中，上述之設置這些感測器元件之方法包括：形成光二極體於晶圓之第二表面；形成彩色濾光片於光二極體上；以及形成微透鏡於彩色濾光片上。

在本發明之一實施例中，上述之第二載板為透明基板。

在本發明之一實施例中，在形成該間隔層之前，更包括晶圓薄化製程。此晶圓薄化製程包括：研磨晶圓之第二表面，以形成研磨表面；以及蝕刻晶圓之研磨表面。

在本發明之一實施例中，上述之絕緣層為二氧化矽層。

在本發明之一實施例中，上述之形成絕緣層之方法包括：沈積絕緣材料於第一載板之背面，以覆蓋背面、接合墊以及通孔之側壁；以及蝕刻移除位於接合墊上之絕緣材料。在本發明之一實施例中，上述之沈積絕緣材料之方法為化學氣相沈積法。

在本發明之一實施例中，上述之間隔層為圖案化黏著層。

在本發明之一實施例中，上述之黏著第一載板之貼合面於晶圓之第一表面之步驟係於真空環境中進行。

為達上述優點，本發明提出一種背面照度影像感測器之封裝製程，其包括以下步驟。提供晶圓，此晶圓具有第一表面以及與第一表面相對之 第二表面，且第一表面設置有複數個接合墊。加工第一載板，以於第一載板中形成複數個通孔，其中第一載板具有貼合面以及與貼合面相對之背面，且這些通孔貫通貼合面與背面。黏著第一載板之貼合面與晶圓之第一表面，且使通孔分別與接合墊相對應，且暴露出接合墊。形成間隔層於晶圓之第二表面上，其中間隔層具有至少一開口區暴露出晶圓之第二表面。在此至少一開口區設置複數個感測器元件。黏著第二載板於間隔層上。形成絕緣層於第一載板上，以覆蓋背面以及通孔之側壁。形成導電層於絕緣層上，並填入通孔中，以使導電層電連接於接合墊。

本發明之背面照度影像感測器之封裝製程，在晶圓黏著於第一載板之前，已於第一載板中形成複數個盲孔或通孔，因此，僅需要在晶圓黏著於第一載板時，進行這些盲孔或通孔與接合墊的對位。避免在形成孔的過程中，需考慮進行鑽孔的位置與不可見的接合墊的對位的問題，從而有效降低了對位難度，改善了對位準確性，進而有助於提高封裝效率並提升封裝品質。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

100、100’‧‧‧晶圓

102‧‧‧第一表面

104、104’‧‧‧第二表面

106‧‧‧接合墊

110、110a‧‧‧第一載板

112‧‧‧盲孔

112’、112a‧‧‧通孔

114‧‧‧貼合面

116、116’‧‧‧背面

118‧‧‧氧化層

119‧‧‧開口

120‧‧‧間隔層

122‧‧‧開口區

130‧‧‧感測器元件

132‧‧‧光二極體

134‧‧‧彩色濾光片

136‧‧‧微透鏡

140‧‧‧第二載板

150‧‧‧絕緣層

160‧‧‧導電層

圖1A至圖1H是本發明第一實施例之背面照度影像感測器之封裝製程的流程剖面示意圖。

圖2是本發明第二實施例之背面照度影像感測器之封裝製程的第一載板與晶圓黏著之剖面示意圖。

請參閱圖1A至圖1H，圖1A至圖1H是本發明第一實施例之背面照度影像感測器之封裝製程的流程剖面示意圖。

請參照圖1A，首先，提供晶圓100，例如是半導體晶圓。晶圓100具有第一表面102以及與第一表面102相對之第二表面104。第一表面102設置有複數個接合墊106。

請參照圖1B，然後，加工第一載板110，以於第一載板110中形成複數個盲孔112。具體來說，提供第一載板110，載板110具有貼合面114以及與貼合面114相對之背面116。形成氧化層118於第一載板110上，蝕刻移除部分氧化層118且蝕刻形成盲孔112。其中盲孔112係指盲孔112並未貫通貼合面114與背面116，僅於貼合面114形成開口119。在其他實施例中，移除部分氧化層118及形成盲孔112的步驟亦可採用鑽孔製程，例如雷射鑽孔製程。在本實施例中，第一載板110為矽基板，且氧化層118為二氧化矽層，但不以此為限。

請參照圖1C，黏著第一載板110之貼合面114與晶圓100之第一表面102，且使盲孔112分別與接合墊106相對應，即，使盲孔112於貼合面114形成之開口119分別與接合墊106相對。換句話說，接合墊106係暴露於盲孔112中。氧化層118位於第一表面102及貼合面114之間，且氧化層118可電絕緣接合墊106。值得注意的是，在其他實施例中，亦可使用其他絕緣性黏著層黏著第一載板110與晶圓100，但是後續需要將接合墊106上的黏著材料去除。本實施例中，黏著第一載板110之貼合面114於晶圓100之第一表面102係於真空環境中進行，因此可避免空氣殘留於盲孔中。

於黏著第一載板110之貼合面114與晶圓100之第一表面102之後，可選擇性地進行晶圓薄化製程，以將晶圓100縮減至適當的厚度。請參照圖1D，在晶圓薄化製程中，首先，研磨晶圓100之第二表面104，以形成研磨表面(圖未示)。研磨晶圓100的方法，例如是利用銑削(milling)、磨削(grinding)或研磨(polishing)等方式。然後，蝕刻晶圓100之研磨表面，從而獲得經薄化之晶圓100’。經薄化之晶圓100’具有與第一表面102相對之第二表面104’。

請參照圖1E，接著，形成間隔層120於晶圓100’之第二表面104’上，用以於第一載板110與第二載板140之間形成一間距。間隔層120具有至少一開口區122暴露出晶圓100’之第二表面104’。

請繼續參照圖1E，之後，設置複數個感測器元件130在開口區122之晶圓100’上。具體設置的方法根據感測器元件130的不同會有所差異。在本實施例中，係首先在開口區122之晶圓100’之第二表面104’形成光二極體132，並嵌入晶圆100’中。然後，於光二極體132上形成彩色濾光片134。接著，於彩色濾光片134上形成微透鏡136。之後，黏著第二載板140於間隔層120上。第二載板140為透明基板，例如玻璃基板。本實施例中，間隔層120為圖案化黏著層，第二載板140可透過間隔層120直接黏著於晶圓100’上，但並不以此為限。間隔層120亦可採用其他適宜結構。

請參照圖1F，接著，於第一載板110之背面116進行載板薄化製程，以將第一載板110縮減至適當的厚度，從而形成經薄化之第一載板110’，並且使第一載板110之盲孔112成為貫通薄化後的第一載板110’之通孔112’。換句話說，通孔112’貫通經薄化之第一載板110’之貼合面114與背面116’，且使接合墊 106從通孔112’暴露出來。本實施例中，薄化第一載板110的方法，例如是利用蝕刻、銑削、磨削或研磨等方式。

請參照圖1G，形成絕緣層150於第一載板110’上，以覆蓋背面116’以及通孔112’之側壁。本實施例中，首先，順應性地沈積絕緣材料於第一載板110’之背面116’，覆蓋背面116’、接合墊106以及通孔112’之側壁。其中絕緣材料例如是二氧化矽。然後，蝕刻移除位於接合墊106上之絕緣材料，形成絕緣層150。在本實施例中，沈積絕緣材料之方法為化學氣相沈積法，但並不以此為限。

請參照圖1H，形成導電層160於絕緣層150上，並填入通孔112’中，以使導電層160電連接於接合墊106。導電層160可採用電鍍或沈積的方法形成，在此不予詳述。

圖2是本發明第二實施例之背面照度影像感測器之封裝製程的第一載板與晶圓黏著之剖面示意圖。本發明第二實施例之背面照度影像感測器之封裝製程與第一實施例之區別在於加工第一載板的步驟。請參照圖2，具體地，本實施例中，加工第一載板110a，以形成複數個通孔112a於第一載板110a中。第一載板110a具有彼此相對的貼合面114與背面116。其中通孔112a貫通第一載板110a之貼合面114與背面116。之後，黏著第一載板110之貼合面114於晶圓100之第一表面102，使通孔112a分別與接合墊106相對應，並使接合墊106從通孔112a暴露出來。因為第一載板110a中已經形成有通孔112a，因此，本實施例中，當第一載板110a厚度適當時，不需要進行載板薄化製程。當然，如果第一載板110a厚度不適當，亦可選擇性地進行載板薄化製程，以使第一載板110a縮減至適當的厚度。

綜上所述，本發明之背面照度影像感測器之封裝製程至少具有以下優點：在晶圓黏著於第一載板之前，已於第一載板中形成複數個盲孔或通孔，因此，僅需要在晶圓黏著於第一載板的步驟時，進行這些盲孔或通孔與接合墊的對位。避免在形成孔的過程中，尚需考慮進行鑽孔的位置與不可見的接合墊的對位的問題，從而有效降低了對位難度，改善了對位準確性，進而有助於提高封裝效率並提升封裝品質。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧晶圓

102‧‧‧第一表面

104‧‧‧第二表面

106‧‧‧接合墊

110‧‧‧第一載板

112‧‧‧盲孔

114‧‧‧貼合面

116‧‧‧背面

118‧‧‧氧化層

Claims (17)

1. 一種處理晶圓的方法，包括：提供一晶圓，該晶圓具有一第一表面以及與該第一表面相對之一第二表面，其中該第一表面設置有多個接合墊；於該第一載板中形成複數個盲孔，其中該第一載板具有一貼合面以及與該貼合面相對之一背面，且其中該些盲孔於該貼合面形成複數個開口；黏著該第一載板之該貼合面與該晶圓之該第一表面，且使該些盲孔分別與該些接合墊相對應，以及使得該些接合墊暴露於該些盲孔中，其中黏著該第一載板之該貼合面與該晶圓之該第一表面包含：暴露至少一該些接合墊於一未填充之盲孔；以及薄化該第一載板以暴露出該些盲孔及該些接合墊，以使得該些盲孔穿透該第一載板。
2. 如申請專利範圍第1項所述之處理晶圓的方法，其中於該第一載板中形成該些盲孔係包括：形成一氧化層於該第一載板之該貼合面上；移除部分該氧化層以暴露出一部份之該第一載板之該貼合面；以及形成該些盲孔之一者於暴露出之該部分之該第一載板之該貼合面中。
3. 如申請專利範圍第2項所述之處理晶圓的方法，其中移除部分該氧化層及形成該些盲孔係包括蝕刻製程或鑽孔製程。
4. 如申請專利範圍第2項所述之處理晶圓的方法，其中該第一載板包括矽基板，且其中該氧化層包括二氧化矽層。
5. 如申請專利範圍第1項所述之處理晶圓的方法，更包括：形成一間隔層於該晶圓之該第二表面上，其中該間隔層具有一開口區暴露出該晶圓之該第二表面；在該開口區設置複數個感測器元件；以及黏著一第二載板於該間隔層上。
6. 如申請專利範圍第5項所述之處理晶圓的方法，其中設置該些感測器元件係包括：形成一光二極體於該晶圓之該第二表面；形成一彩色濾光片於該光二極體上；以及形成一微透鏡於該彩色濾光片上。
7. 如申請專利範圍第5項所述之處理晶圓的方法，其中該第二載板包括透明基板。
8. 如申請專利範圍第5項所述之處理晶圓的方法，更包括在形成該間隔層之前執行一晶圓薄化製程，其中該晶圓薄化製程包括：研磨該晶圓之該第二表面，以形成一研磨表面；以及蝕刻該研磨表面。
9. 如申請專利範圍第5項所述之處理晶圓的方法，其中該間隔層包括圖案化黏著層。
10. 如申請專利範圍第1項所述之處理晶圓的方法，在薄化該第一載板之後，更包括：形成一絕緣層於該第一載板上，以覆蓋該背面以及覆蓋由該些盲孔所形成之通孔之側壁；以及 形成一導電層於該些通孔中之該絕緣層上，以電連接該電導層至該些接合墊。
11. 如申請專利範圍第10項所述之處理晶圓的方法，其中該絕緣層包括二氧化矽層。
12. 如申請專利範圍第10項所述之處理晶圓的方法，其中形成該絕緣層係包括：沈積一絕緣材料於該第一載板之該背面上，以覆蓋該背面、該些接合墊以及該些通孔之側壁；以及蝕刻移除位於該些接合墊上之該絕緣材料。
13. 如申請專利範圍第12項所述之處理晶圓的方法，其中沈積該絕緣材料之方法為化學氣相沈積法。
14. 如申請專利範圍第1項所述之處理晶圓的方法，其中黏著該第一載板之該貼合面與該晶圓之該第一表面係於真空環境中進行。
15. 一種處理晶圓的方法，包括：提供一晶圓，該晶圓具有一第一表面以及與該第一表面相對之一第二表面，其中該第一表面設置有多個接合墊；於該第一載板中形成複數個盲孔，其中該第一載板具有一貼合面以及與該貼合面相對之一背面，且其中該些盲孔於該貼合面形成複數個開口；黏著該第一載板之該貼合面與該晶圓之該第一表面，且使該些盲孔分別與該些接合墊相對應，以及使得該些接合墊暴露於該些盲孔中，其中於黏著該第一載板之該貼合面與該晶圓之該第一表面中，該些盲孔中係缺乏導電材料；以及 薄化該第一載板以暴露出該些盲孔及該些接合墊，以使得該些盲孔穿透該第一載板。
16. 一種處理晶圓的方法，包括：提供一晶圓，該晶圓具有一第一表面以及與該第一表面相對之一第二表面，其中該第一表面設置有多個接合墊；於該第一載板中形成複數個盲孔，其中該第一載板具有一貼合面以及與該貼合面相對之一背面，且其中該些盲孔於該貼合面形成複數個開口；黏著該第一載板之該貼合面與該晶圓之該第一表面，且使該些盲孔分別與該些接合墊相對應，以及使得該些接合墊暴露於該些盲孔中，其中於黏著該第一載板之該貼合面與該晶圓之該第一表面中，該些盲孔中係未填充；以及薄化該第一載板以暴露出該些盲孔及該些接合墊，以使得該些盲孔穿透該第一載板。
17. 如申請專利範圍第1項所述之處理晶圓的方法，更包含於薄化該第一載板後，形成一導電材料於至少一該些盲孔中，其中該導電材料係直接接觸至少一該些接合墊。