CN105448946A - 一种影像传感芯片封装结构与实现工艺 - Google Patents
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Abstract
一种影像传感芯片封装结构及其制作方法属于半导体封装领域。所述封装结构包含：影像传感芯片和透明基板，影像传感芯片通过芯片微凸点与透明基板实现互连。本发明通过采用刚度较大、强度相对较高的铜微凸点取代高分子材料连接影像传感芯片与玻璃盖板，克服了高分子支撑墙厚度均一性差的缺点，减小了热膨胀系数差异引起的热应力，改善了结构中的分层、裂纹等问题。铜微凸点的高度可以根据实际需要进行调整，从而满足影像传感芯片对玻璃盖板与芯片感光区之间的距离要求。影像传感芯片感光区的信号直接通过感光区一侧的铜微凸点进行传递，信号传递距离较短，改善了信号延迟问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体芯片封装结构及其制作方法，尤其涉及一种影像传感芯片封装结构及其制作方法，属于半导体封装领域。
背景技术
影像传感芯片是一种半导体模块，是一种将光学影像转换成为电子信号的设备，电子信号可以用来进一步处理或数字化后进行存储，或用于将影像传递至显示装置进行显示等。它被广泛应用于数码相机和其他电子光学设备中。影像传感芯片主要分为电荷耦合器件(CCD)和CMOS影像传感器(CIS)两类。虽然CCD影像传感器在影像质量以及噪声等方面优于CMOS影像传感器，但是CMOS传感器可用传统的半导体生产技术制造，生产成本较低。同时由于所用的元件数相对较少以及信号传输距离短，CMOS影像传感器具备功耗低、电容、电感和寄生延迟降低等优点。
随着各种先进封装技术的出现，影像传感芯片的封装形式也向着更轻、更薄、更便携的方向发展，同时也要求更高的性能、更快的速度以及更低的成本。
目前的影响传感芯片结构一般利用支撑墙(高分子材料)将芯片与玻璃盖板的四周粘接在一起，同时需要在芯片感光区与玻璃盖板之间留有一定的距离，这就要求支撑墙必须具有一定的厚度。然而由于目前采用的支撑墙强度和刚度较小，且厚度均一性较差，不足以保证芯片感光区与玻璃盖板之间有足够的距离，一般仅有30～50μm，并且会造成芯片与玻璃盖板接合处平整度差和玻璃表面不平整等问题。另外，由于支撑墙材料与其他材料的热膨胀系数差异较大，使得支撑墙与其他材料的界面处容易发生由热应力引起的裂纹、分层等问题，从而导致产品失效。除此以外，现有的影像传感芯片结构一般将芯片感光区的信号经由芯片四周的硅通孔或者硅槽通过金属线路传递至芯片背面，信号传递路径较长，信号延迟较为严重。
因此，迫切需要一种高可靠性、高性能的影像传感芯片封装结构。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种影像传感芯片封装结构及其制作方法，通过本发明实施的封装结构，可以保证芯片与玻璃盖板之间有足够的间距，可以改善芯片与玻璃盖板的分层问题，能够缩短信号传递路径，提高芯片速度。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种影像传感芯片封装结构，其特征在于，包括：
影像传感芯片104，所述影像传感芯片具有感光区100a、芯片钝化层100b、芯片焊盘100c和芯片凸点下金属层100d，所述芯片凸点下金属层上制作有芯片微凸点119；
透明基板105，所述透明基板一侧依次沉积有金属钛层106、金属铜层107和基板钝化层109，所述透明基板外侧制作有基板微凸点121，所述透明基板中间位置留有透光区116。
作为本发明的进一步改进，所述的影像传感芯片封装结构，其特征在于，所述影像传感芯片104通过芯片微凸点119与透明基板105实现互连，芯片感光区100a面向透明基板并与透光区116对中。
作为本发明的进一步改进，所述的影像传感芯片封装结构，其特征在于，所述芯片钝化层100b可以是氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺PI等材质。
作为本发明的进一步改进，所述的影像传感芯片封装结构，其特征在于，所述芯片微凸点119可以是铜微凸点或者金微凸点。
作为本发明的进一步改进，所述的影像传感芯片封装结构，其特征在于，所述透明基板105可以是玻璃、石英、陶瓷等材质。
作为本发明的进一步改进，所述的影像传感芯片封装结构，其特征在于，所述基板钝化层109可以是氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺PI等材质。
作为本发明的进一步改进，所述的影像传感芯片封装结构，其特征在于，所述基板微凸点121可以是铜微凸点或者金微凸点。
一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，提供一晶圆100，所述晶圆功能面为正面，与其相反的一面为反面。正面具有感光区100a、芯片钝化层100b、若干芯片焊盘100c，所述芯片焊盘上形成有芯片凸点下金属层100d；
步骤2，于所述晶圆100正面涂覆第一光阻层101，并通过曝光、显影制程在与芯片凸点下金属层对应处形成第一光阻层第一开口110以暴露底部的芯片凸点下金属层100d；
步骤3，于所述第一光阻层第一开口110内沉积芯片铜凸点102，凸点高度为50～100μm；
步骤4，于所述芯片铜凸点102上沉积芯片焊料层103，焊料层厚度为10～20μm；
步骤5，去除第一光阻层101，并将所述芯片焊料层103进行回流形成芯片微凸点119；
步骤6，对所述晶圆100进行切割，将晶圆分立为单颗芯片104；
步骤7，提供一透明基板105，于所述透明基板一侧沉积金属钛层106，钛层厚度为2～3μm；
步骤8，于所述金属钛层106上沉积金属铜层107，铜层厚度为为2～3μm；
步骤9，于所述金属铜层107上涂覆第二光阻层108，并通过曝光、显影制程在与金属线路和透光区对应处形成第二光阻层第二开口120以暴露底部的金属铜层107；
步骤10，以第二光阻层108为掩膜进行各向同性湿法刻蚀，去除暴露的金属铜层107和金属钛层106以露出透光区116；
步骤11，去除第二光阻层108；
步骤12，于所述金属铜层107上沉积一层基板钝化层109，并暴露出透光区116、基板凸点下金属层117和基板焊盘118；
步骤13，于所述基板钝化层109上涂覆第三光阻层111，并通过曝光、显影制程在与基板凸点下金属层对应处形成第三开口130以暴露底部基板凸点下金属层117；
步骤14，于所述第三光阻层第三开口130内沉积基板铜凸点112，凸点高度为200～300μm；
步骤15，于所述基板铜凸点112上沉积基板焊料层113，焊料层厚度为20～30μm；
步骤16，去除第三光阻层111；
步骤17，于所述芯片104的芯片微凸点119上涂覆助焊剂114，并将芯片微凸点与透明基板105上的基板焊盘118对准；
步骤18，将所述芯片104的芯片微凸点119放置到透明基板105的基板焊盘118上，并进行回流形成互连焊点115和基板微凸点121；
步骤19，对所述透明基板105进行切割得到单个影像传感芯片封装。
作为本发明的进一步改进，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，步骤1至步骤6可与步骤7至步骤16同步进行，或者先做步骤7至步骤16然后再执行步骤1至步骤6。
作为本发明的进一步改进，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述芯片铜凸点102的形成方法为电镀法。
作为本发明的进一步改进，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述芯片焊料层103为锡银焊料或锡银铜焊料。
作为本发明的进一步改进，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述芯片焊料层103的沉积方法为电镀法或丝网印刷法。
作为本发明的进一步改进，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述第一光阻层101的去除方式为剥离或刻蚀。
作为本发明的进一步改进，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述晶圆100的割方法为机械切割或激光烧蚀。
作为本发明的进一步改进，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述金属钛层106和金属铜层107的形成方法为PVD。
作为本发明的进一步改进，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，去除暴露的金属钛层106和金属铜层107的方法为湿法刻蚀。
作为本发明的进一步改进，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述第二光阻层108的去除方式为剥离或刻蚀。
作为本发明的进一步改进，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述基板钝化层109的形成方法为PECVD或CVD。
作为本发明的进一步改进，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述基板铜凸点112的形成方法为电镀法。
作为本发明的进一步改进，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述基板焊料层113为锡银焊料或锡银铜焊料。
作为本发明的进一步改进，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述基板焊料层113的沉积方法为电镀法或丝网印刷法。
作为本发明的进一步改进，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述第三光阻层111的去除方式为剥离或刻蚀。
作为本发明的进一步改进，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述透明基板105的切割方法为机械切割或激光烧蚀。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种影像传感芯片封装结构及其制作方法。
1.通过采用刚度较大、强度相对较高的铜或金微凸点取代高分子材料连接影像传感芯片与玻璃盖板，克服了高分子支撑墙厚度均一性差的缺点，减小了热膨胀系数差异引起的热应力，改善了结构中的分层、裂纹等问题。
2.铜或金微凸点的高度可以根据实际需要进行调整，一般为50～100μm，能够保证玻璃盖板与芯片感光区之间有足够的距离。
3.影像传感芯片感光区与玻璃盖板线路之间通过铜或金凸点实现垂直互连，相比于现有技术，信号传递距离可以缩短30％～50％，从而能够改善信号延迟问题。
附图说明
图1为根据本发明实施例绘制的影像传感芯片封装结构示意图。
图2～图20为根据本发明实施例绘制的影像传感芯片封装结构制作方法的示意图。
图2为步骤1后的封装结构剖面示意图。
图3为步骤2后的封装结构剖面示意图。
图4为步骤3后的封装结构剖面示意图。
图5为步骤4后的封装结构剖面示意图。
图6为步骤5后的封装结构剖面示意图。
图7为步骤6后的封装结构剖面示意图。
图8为步骤7后的封装结构剖面示意图。
图9为步骤8后的封装结构剖面示意图。
图10为步骤9后的封装结构剖面示意图。
图11为步骤10后的封装结构剖面示意图。
图12为步骤11后的封装结构剖面示意图。
图13为步骤12后的封装结构剖面示意图。
图14为步骤13后的封装结构剖面示意图。
图15为步骤14后的封装结构剖面示意图。
图16为步骤15后的封装结构剖面示意图。
图17为步骤16后的封装结构剖面示意图。
图18为步骤17后的封装结构剖面示意图。
图19为步骤18后的封装结构剖面示意图。
图20为步骤19后的封装结构剖面示意图。
结合附图，作以下说明：
100-晶圆100a-芯片感光区
100b-芯片钝化层100c-芯片焊盘
100d-芯片凸点下金属层101-第一光阻层
102-芯片铜凸点103-芯片焊料层
104-单颗芯片105-透明基板
106-金属钛层107-金属铜层
108-第二光阻层109-基板钝化层
110-第一光阻层第一开口111-第三光阻层
112-基板铜凸点113-基板焊料层
114-助焊剂115-互连焊点
116-透光区117-基板凸点下金属层
118-基板焊盘119-芯片微凸点
120-第二光阻层第二开口121-基板微凸点
130-第三光阻层第三开口
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明，并配合附图对本发明的上述特征和优点做详细说明。其目的仅在于更好理解本发明的内容而非限制本发明的保护范围。本发明实施例的半导体封装结构可以用于微凸点的制备，但其应用并不限于此。
参照图1，该示意图为本发明实施方式的影像传感芯片封装结构，包括：
影像传感芯片104，所述影像传感芯片具有感光区100a、芯片钝化层100b、芯片焊盘100c和芯片凸点下金属层100d，所述芯片凸点下金属层上制作有芯片微凸点119；
透明基板105，所述透明基板一侧依次沉积有金属钛层106、金属铜层107和基板钝化层109，所述透明基板外侧制作有基板微凸点121，所述透明基板中间位置留有透光区116。
可选地，所述影像传感芯片104通过芯片微凸点119与透明基板105实现互连，芯片感光区100a面向透明基板并与透光区116对中。
可选地，所述芯片钝化层100b可以是氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺PI等材质。
可选地，所述芯片微凸点119可以是铜微凸点或者金微凸点。
可选地，所述透明基板105可以是玻璃、石英、陶瓷等材质。
可选地，所述基板钝化层109可以是氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺PI等材质。
可选地，所述基板微凸点121可以是铜微凸点或者金微凸点。
参见图2至图20，本发明的影像传感芯片封装结构的制作方法如下：
步骤1，提供一晶圆100，所述晶圆功能面为正面，与其相反的一面为反面。正面具有感光区100a、芯片钝化层100b、若干芯片焊盘100c，所述芯片焊盘上形成有芯片凸点下金属层100d；
步骤2，于所述晶圆100正面涂覆第一光阻层101，并通过曝光、显影制程在与芯片凸点下金属层对应处形成第一光阻层第一开口110以暴露底部的芯片凸点下金属层100d；
步骤3，于所述第一光阻层第一开口110内沉积芯片铜凸点102，凸点高度为50～100μm；
步骤4，于所述芯片铜凸点102上沉积芯片焊料层103，焊料层厚度为10～20μm；
步骤5，去除第一光阻层101，并将所述芯片焊料层103进行回流形成微凸点119；
步骤6，对所述晶圆100进行切割，将晶圆分立为单颗芯片104；
步骤7，提供一透明基板105，于所述透明基板一侧沉积金属钛层106，钛层厚度为2～3μm；
步骤8，于所述金属钛层106上沉积金属铜层107，铜层厚度为2～3μm；
步骤9，于所述金属铜层107上涂覆第二光阻层108，并通过曝光、显影制程在与金属线路和透光区对应处形成第二光阻层第二开口120以暴露底部的金属铜层107；
步骤10，以第二光阻层108为掩膜进行各向同性湿法刻蚀，去除暴露的金属铜层107和金属钛层106以露出透光区116；
步骤11，去除第二光阻层108；
步骤12，于所述金属铜层107上沉积一层基板钝化层109，并暴露出透光区116、基板凸点下金属层117和基板焊盘118；
步骤13，于所述基板钝化层109上涂覆第三光阻层111，并通过曝光、显影制程在与基板凸点下金属层对应处形成第三光阻层第三开口130以暴露底部基板凸点下金属层117；
步骤14，于所述第三光阻层第三开口130内沉积基板铜凸点112，凸点高度为200～300μm；
步骤15，于所述基板铜凸点112上沉积基板焊料层113，焊料层厚度为20～30μm；
步骤16，去除第三光阻层111；
步骤17，于所述芯片104的芯片微凸点119上涂覆助焊剂114，并将芯片微凸点与透明基板105上的基板焊盘118对准；
步骤18，将所述芯片104的芯片微凸点119放置到透明基板105的基板焊盘118上，并进行回流形成互连焊点115和基板微凸点121；
步骤19，对所述透明基板105进行切割得到单个影像传感芯片封装。
可选地，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，步骤1至步骤6可与步骤7至步骤16同步进行，或者先做步骤7至步骤16然后再执行步骤1至步骤6。
可选地，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述芯片铜凸点102的形成方法为电镀法。
可选地，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述芯片焊料层103为锡银焊料或锡银铜焊料。
可选地，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述芯片焊料层103的沉积方法为电镀法或丝网印刷法。
可选地，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述第一光阻层101的去除方式为剥离或刻蚀。
可选地，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述晶圆100的割方法为机械切割或激光烧蚀。
可选地，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述金属钛层106和金属铜层107的形成方法为PVD。
可选地，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，去除暴露的金属钛层106和金属铜层107的方法为湿法刻蚀。
可选地，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述第二光阻层108的去除方式为剥离或刻蚀。
可选地，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述基板钝化层109的形成方法为PECVD或CVD。
可选地，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述基板铜凸点112的形成方法为电镀法。
可选地，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述基板焊料层113为锡银焊料或锡银铜焊料。
可选地，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述基板焊料层113的沉积方法为电镀法或丝网印刷法。
可选地，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述第三光阻层111的去除方式为剥离或刻蚀。
可选地，所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述透明基板105的切割方法为机械切割或激光烧蚀。
虽然本发明实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (10)
1.一种影像传感芯片封装结构，其特征在于，包括：
影像传感芯片(104)，包括感光区(100a)、芯片钝化层(100b)、芯片焊盘(100c)和芯片凸点下金属层(100d)，所述芯片凸点下金属层上制作有芯片微凸点(119)；
透明基板(105)，所述透明基板一侧依次沉积有金属钛层(106)、金属铜层(107)和基板钝化层(109)，所述透明基板一端制作有基板微凸点(121)，所述透明基板中间位置留有透光区(116)；
所述影像传感芯片(104)通过芯片微凸点(119)与透明基板(105)实现互连，芯片感光区(100a)面向透明基板并与透光区(116)对中。
2.根据权利要求1所述的影像传感芯片封装结构，其特征在于，所述芯片微凸点(119)是铜微凸点或者金微凸点。
3.根据权利要求1所述的影像传感芯片封装结构，其特征在于，所述透明基板(105)是玻璃、石英或陶瓷。
4.一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，提供一晶圆(100)，所述晶圆功能面为正面，与其相反的一面为反面；正面具有感光区(100a)、芯片钝化层(100b)、若干芯片焊盘(100c)，所述芯片焊盘上形成有芯片凸点下金属层(100d)；
步骤2，于所述晶圆(100)正面涂覆第一光阻层(101)，并通过曝光、显影制程在与芯片凸点下金属层对应处形成第一光阻层第一开口(110)以暴露底部的芯片凸点下金属层(100d)；
步骤3，于所述第一光阻层第一开口(110)内沉积芯片铜凸点(102)；
步骤4，于所述芯片铜凸点(102)上沉积芯片焊料层(103)，；
步骤5，去除第一光阻层(101)，并将所述芯片焊料层(103)进行高温回流形成芯片微凸点(119)；
步骤6，对所述晶圆(100)进行切割，将晶圆分立为单颗芯片(104)；
步骤7，提供一透明基板(105)，于所述透明基板一侧沉积金属钛层(106)；
步骤8，于所述金属钛层(106)上沉积金属铜层(107)；
步骤9，于所述金属铜层(107)上涂覆第二光阻层(108)，并通过曝光、显影制程在与金属线路和透光区对应处形成第二光阻层第二开口(120)以暴露底部的金属铜层(107)；
步骤10，以第二光阻层(108)为掩膜进行各向同性湿法刻蚀，去除暴露的金属铜层(107)和金属钛层(106)以露出透光区(116)；
步骤11，去除第二光阻层(108)；
步骤12，于所述金属铜层(107)上沉积一层基板钝化层(109)，并暴露出透光区(116)、基板凸点下金属层(117)和基板焊盘(118)；
步骤13，于所述基板钝化层(109)上涂覆第三光阻层(111)，并通过曝光、显影制程在与基板凸点下金属层对应处形成第三光阻层第三开口(130)以暴露底部基板凸点下金属层(117)；
步骤14，于所述第三光阻层第三开口(130)内沉积基板铜凸点(112)；
步骤15，于所述基板铜凸点(112)上沉积基板焊料层(113)，；
步骤16，去除第三光阻层(111)；
步骤17，于所述芯片(104)的芯片微凸点(119)上涂覆助焊剂(114)，并将芯片微凸点与透明基板(105)上的基板焊盘(118)对准；
步骤18，将所述芯片(104)的芯片微凸点(119)放置到透明基板(105)的基板焊盘(118)上，并进行回流形成互连焊点(115)和基板微凸点(121)；
步骤19，对所述透明基板(105)进行切割得到单个影像传感芯片封装。
5.根据权利要求8所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，步骤1至步骤6与步骤7至步骤16同步进行,或者先做步骤7至步骤16然后再执行步骤1至步骤6。
6.根据权利要求8所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述晶圆(100)的切割方法为机械切割或激光烧蚀。
7.根据权利要求8所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述金属钛层(106)或金属铜层(107)的形成方法为PVD。
8.根据权利要求8所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，去除暴露的金属钛层(106)和金属铜层(107)的方法为湿法刻蚀。
9.根据权利要求8所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述基板钝化层(109)的形成方法为PECVD或CVD。
10.根据权利要求8所述的一种影像传感芯片封装结构的实现工艺，其特征在于，所述透明基板(105)的切割方法为机械切割或激光烧蚀。
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