CN110634900A - Fsi结构的图像传感器的晶圆级封装方法及封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法及封装结构，能够有效增加焊盘强度，增加可靠性，减少出现焊盘被拉断的情况发生，封装方法包括以下步骤：提供晶圆，通过化学镀Ni/Au工艺在晶圆的焊盘上镀Ni/Au层；将晶圆与玻璃载板键合在一起；对晶圆进行刻蚀形成槽孔，使得晶圆上的焊盘露出；在晶圆上形成钝化层，然后在钝化层上开窗将晶圆上的焊盘露出；在钝化层上制作重布线层，通过重布线层连接晶圆上的焊盘；在重布线层上形成阻焊层，在阻焊层上开窗并制作焊球，焊球与重布线层连接。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片封装技术领域，具体涉及FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法及封装结构。
背景技术
图像传感器是将光信号转换为电信号的半导体器件，主要包括电荷耦合器件(Charge Coupled Device,CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导(Complementary MetalOxide Semiconductor,CMOS)图像传感器。近年来，CMOS图像传感器凭借低成本、高效率、传输速度高等优势逐渐取代CCD图像传感器成为主流。
CMOS图像传感器是一种基于CMOS工艺制造的图像传感器，用于将模拟光信号转化为数字电信号。外界光源通过光学器件，将图像汇聚到CMOS图像传感器感光区域像素阵列上。像素阵列将接收到的光信号转化为模拟电信号，并经过放大、去噪送到模数转换器中进行数字化。最后，数字化的信号经过图像处理芯片运算得到一幅清晰真实的图像。
传统上，图像传感器按照制造流程而设计。因此，对最终器件而言，光是从前面的金属控制线之间进入，然后再聚焦在光电检测器上。一直以来，对于较大的像素，FSI(FrontSide Illumination)都十分有效，因为像素堆叠(pixel stack)高度与像素面积之比很大，致使像素的孔径也很大。日益缩小的像素需要一系列像素技术创新来解决前面照度技术在材料和制造方面的局限性。比如，FSI已经采取众多创新技术和工艺改进，如形状优化微透镜、色彩优化滤光、凹式像素阵列、光导管和防反射涂层等技术，以优化FSI像素的光路径。
图1示出了一种现有的芯片的封装结构，该芯片以目前主流的TSV晶圆级扇入(Fan-in)为例，通过TSV封装技术，将芯片的焊盘(Pad)上的线路连到背面导通，再切割成单颗封装体。
然而该类封装结构，与焊盘上相连接的各类材料均会产生较大的正向应力，这样就会对焊盘的强度有一定要求，大部分晶圆由于焊盘上只有0.8um左右的Al厚，并且晶圆出厂还要进行CP测试，这是对仅0.8um的焊盘更是一种损伤，在经过可靠性冷热循环时，由于应力作用会导致焊盘被拉断，从而导致产品失效。
发明内容
为了解决晶圆在使用TSV封装过程中由于焊盘偏薄，引起的可靠性失效问题，本发明提出了FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法及封装结构，能够有效增加焊盘强度，增加可靠性，减少出现焊盘被拉断的情况发生。
其技术方案是这样的：FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，所述封装方法包括以下步骤：
步骤1：提供晶圆，通过化学镀Ni/Au工艺在晶圆的焊盘上镀Ni/Au层；
步骤2：将晶圆与玻璃载板键合在一起；
步骤3：对晶圆进行刻蚀形成槽孔，使得晶圆上的焊盘露出；
步骤4：在晶圆上形成钝化层，然后在钝化层上开窗将晶圆上的焊盘露出；
步骤5：在钝化层上制作重布线层，通过重布线层连接晶圆上的焊盘；
步骤6：在重布线层上形成阻焊层，在所述阻焊层上开窗并制作焊球，所述焊球与所述重布线层连接。
进一步的，在步骤1中，通过调整镀Ni的厚度来调节焊盘的强度。
进一步的，在步骤1中，通过化学镀Ni/Au工艺在晶圆的表面上整面镀Ni/Au，然后对晶圆的表面进行清洗，除去焊盘以外的晶圆的表面上的Ni/Au层。
进一步的，在步骤2中，在晶圆与玻璃载板键合在一起后，将晶圆减薄至目标厚度。
进一步的，在步骤3中，通过黄光工艺光刻做出槽的图形，再通过刻蚀工艺在晶圆上刻蚀出斜槽，再通过黄光工艺光刻做出孔的图形，再通过刻蚀工艺在晶圆上刻蚀出斜孔，使晶圆上的焊盘暴露出来。
进一步的，在步骤4中，通过涂布或真空压膜的方式，在晶圆上形成钝化层，然后通过曝光、显影的方式将晶圆上的焊盘露出。
进一步的，在步骤5中，在制作重布线层时，先沉积一层种子层，种子层采用Ti/Cu复合材料或者铝，再沉积铜或铝至目标厚度，然后光刻出线路并进行刻蚀、去胶，再采用化学镀镍或镀金的方式在重布线层上形成保护层。
进一步的，在步骤6中，通过涂布的方式在重布线层上形成阻焊层，然后通过曝光、显影将需要引出电性的重分布线路暴露出来，再通过印刷锡膏或植球的方式形成焊球。
进一步的，在步骤6之后，还包括以下步骤：通过晶圆切割，形成单颗的芯片封装结构。
一种FSI结构的图像传感器的晶圆级封装结构，其特征在于，包括：
玻璃载板；
晶圆，其焊盘和感光区设置于所述晶圆的第一表面，晶圆的第二表面上设置有槽孔使得焊盘露出，所述焊盘上设置有强化层，所述强化层由Ni/Au制成；
围堰，设置于所述晶圆的第一表面和所述玻璃载板的第一表面之间，与所述晶圆的第一表面、所述玻璃载板的第一表面形成封闭空腔；
钝化层，设置于所述晶圆的第二表面，对应在晶圆的焊盘位置处设置有开窗区；
重布线层，设置于所述钝化层上，所述重布线层与所述晶圆的焊盘连接；
阻焊层，设置于所述重布线层上；
焊球，连接所述重布线层。
本发明的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法，晶圆先整面化镀一层NiAu，在焊盘上形成Ni/Au层，用于加固焊盘，之后通过清洗处理晶圆表面，除去焊盘以外的晶圆的表面上的Ni/Au层，通过调整镀Ni的厚度来调节焊盘的强度，Ni/Au层的设置能够有效增加焊盘强度，增加可靠性，减少出现焊盘被拉断的情况发生，然后将晶圆与玻璃载板键合在一起，对晶圆进行刻蚀形成槽孔，使得晶圆上的焊盘露出，在晶圆上形成钝化层，然后在钝化层上开窗将晶圆上的焊盘露出，在钝化层上制作重布线层，通过重布线层连接晶圆上的焊盘，在重布线层上形成阻焊层，在阻焊层上开窗并制作焊球，焊球与重布线层连接，最后将晶圆切割成单颗芯片，完成封装，本发明的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法其还具有可靠性高，封装尺寸小，整体性能好，且制备过程简单，生产效率高。
附图说明
图1为一种现有的芯片的封装结构的示意图；
图2为本发明的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法的流程图；
图3为本发明的实施例中封装方法的步骤1的示意图；
图4为本发明的实施例中封装方法的步骤2的示意图；
图5为本发明的实施例中封装方法的步骤3的示意图；
图6为本发明的实施例中封装方法的步骤4的示意图；
图7为本发明的实施例中封装方法的步骤5的示意图；
图8为本发明的实施例中封装方法的步骤6的示意图；
图9为本发明的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装结构的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
见图2，本发明的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法，封装方法包括以下步骤：
步骤1：提供晶圆，通过化学镀Ni/Au工艺在晶圆的焊盘上镀Ni/Au层；
步骤2：将晶圆与玻璃载板键合在一起；
步骤3：对晶圆进行刻蚀形成槽孔，使得晶圆上的焊盘露出；
步骤4：在晶圆上形成钝化层，然后在钝化层上开窗将晶圆上的焊盘露出；
步骤5：在钝化层上制作重布线层，通过重布线层连接晶圆上的焊盘；
步骤6：在重布线层上形成阻焊层，在阻焊层上开窗并制作焊球，焊球与重布线层连接。
具体的，本实施例提供了一种本发明的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法，封装方法包括以下步骤：
步骤1：见图3，提供晶圆100，通过化学镀Ni/Au工艺在晶圆100的表面上整面镀Ni/Au，然后对晶圆的表面进行清洗，除去焊盘101以外的晶圆的表面上的Ni/Au层，在晶圆的焊盘101上镀Ni/Au层200，这里可以通过调整镀Ni的厚度来调节焊盘101的强度；
步骤2：见图4，将晶圆100与玻璃载板300键合在一起，将晶圆100减薄至目标厚度，这里是为了减小封装后的尺寸以及减小光的折射和反射，增加透光率，进行减薄；
步骤3：见图5，对晶圆100进行刻蚀形成槽孔102，先通过黄光工艺光刻做出槽的图形，再通过刻蚀工艺在晶圆上刻蚀出斜槽，再通过黄光工艺光刻做出孔的图形，再通过刻蚀工艺在晶圆上刻蚀出斜孔，使晶圆上的焊盘101暴露出来；
步骤4：见图6，通过涂布或真空压膜的方式，在晶圆100上形成钝化层400，然后通过曝光、显影的方式将晶圆上的焊盘101露出；
步骤5：见图7，在钝化层400上制作重布线层500，通过重布线层500连接晶圆100上的焊盘，在制作重布线层时，先沉积一层种子层，种子层采用Ti/Cu复合材料或者铝，再沉积铜或铝至目标厚度，然后光刻出线路并进行刻蚀、去胶，再采用化学镀镍或镀金的方式在重布线层上形成保护层；
步骤6：见图8，通过涂布的方式在重布线层500上形成阻焊层600，然后通过曝光、显影将需要引出电性的重分布线路暴露出来，再通过印刷锡膏或植球的方式形成焊球700。
在步骤6之后，还包括以下步骤：通过晶圆切割，形成单颗的芯片封装结构，见图9。
本发明的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法，晶圆先整面化镀一层NiAu，在焊盘上形成Ni/Au层，用于加固焊盘，之后通过清洗处理晶圆表面，除去焊盘以外的晶圆的表面上的Ni/Au层，通过调整镀Ni的厚度来调节焊盘的强度，Ni/Au层的设置能够有效增加焊盘强度，增加可靠性，减少出现焊盘被拉断的情况发生，然后将晶圆与玻璃载板键合在一起，对晶圆进行刻蚀形成槽孔，使得晶圆上的焊盘露出，在晶圆上形成钝化层，然后在钝化层上开窗将晶圆上的焊盘露出，在钝化层上制作重布线层，通过重布线层连接晶圆上的焊盘，在重布线层上形成阻焊层，在阻焊层上开窗并制作焊球，焊球与重布线层连接，最后将晶圆切割成单颗芯片，完成封装，本发明的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法其还具有可靠性高，封装尺寸小，整体性能好，且制备过程简单，生产效率高。
见图9，在本发明的实施例中，还提供了一种FSI结构的图像传感器的晶圆级封装结构，包括：
玻璃载板300；
晶圆100，其焊盘101和感光区103设置于晶圆100的第一表面，晶圆100的第二表面上设置有槽孔102使得焊盘101露出，焊盘101上设置有强化层，强化层为Ni/Au层200；
围堰800，设置于晶圆100的第一表面和玻璃载板300的第一表面之间，与晶圆100的第一表面、玻璃载板300的第一表面形成封闭空腔900；
钝化层400，设置于晶圆100的第二表面，对应在晶圆的焊盘101位置处设置有开窗区；
重布线层500，设置于钝化层400上，重布线层500与晶圆的焊盘101连接；
阻焊层600，设置于重布线层500上；
焊球700，连接重布线层500。
需要指出的是，本申请中所述的第一表面为朝向封闭空腔900的表面，第二表面为与第一表面相对设置的表面。
在上述实施例中，切割后的芯片的封装结构包括一个单颗CMOS图像传感器；当然，在其它实施例中，可以包括多颗CMOS图像传感器，可以根据需要合理设置即可。
本发明的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装结构，通过Ni/Au制成强化层增加焊盘强度，增加可靠性，减少出现焊盘被拉断的情况发生。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，所述封装方法包括以下步骤：
步骤1：提供晶圆，通过化学镀Ni/Au工艺在晶圆的焊盘上镀Ni/Au层；
步骤2：将晶圆与玻璃载板键合在一起；
步骤3：对晶圆进行刻蚀形成槽孔，使得晶圆上的焊盘露出；
步骤4：在晶圆上形成钝化层，然后在钝化层上开窗将晶圆上的焊盘露出；
步骤5：在钝化层上制作重布线层，通过重布线层连接晶圆上的焊盘；
步骤6：在重布线层上形成阻焊层，在所述阻焊层上开窗并制作焊球，所述焊球与所述重布线层连接。
2.根据权利要求1所述的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于：在步骤1中，通过调整镀Ni的厚度来调节焊盘的强度。
3.根据权利要求1所述的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于：在步骤1中，通过化学镀Ni/Au工艺在晶圆的表面上整面镀Ni/Au，然后对晶圆的表面进行清洗，除去焊盘以外的晶圆的表面上的Ni/Au层。
4.根据权利要求1所述的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于：在步骤2中，在晶圆与玻璃载板键合在一起后，将晶圆减薄至目标厚度。
5.根据权利要求1所述的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于：在步骤3中，通过黄光工艺光刻做出槽的图形，再通过刻蚀工艺在晶圆上刻蚀出斜槽，再通过黄光工艺光刻做出孔的图形，再通过刻蚀工艺在晶圆上刻蚀出斜孔，使晶圆上的焊盘暴露出来。
6.根据权利要求1所述的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于：在步骤4中，通过涂布或真空压膜的方式，在晶圆上形成钝化层，然后通过曝光、显影的方式将晶圆上的焊盘露出。
7.根据权利要求1所述的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于：在步骤5中，在制作重布线层时，先沉积一层种子层，种子层采用Ti/Cu复合材料或者铝，再沉积铜或铝至目标厚度，然后光刻出线路并进行刻蚀、去胶，再采用化学镀镍或镀金的方式在重布线层上形成保护层。
8.根据权利要求1所述的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于：在步骤6中，通过涂布的方式在重布线层上形成阻焊层，然后通过曝光、显影将需要引出电性的重分布线路暴露出来，再通过印刷锡膏或植球的方式形成焊球。
9.根据权利要求1所述的FSI结构的图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于：在步骤6之后，还包括以下步骤：通过晶圆切割，形成单颗的芯片封装结构。
10.一种FSI结构的图像传感器的晶圆级封装结构，其特征在于，包括：
玻璃载板；
晶圆，其焊盘和感光区设置于所述晶圆的第一表面，晶圆的第二表面上设置有槽孔使得焊盘露出，所述焊盘上设置有强化层，所述强化层由Ni/Au制成；
围堰，设置于所述晶圆的第一表面和所述玻璃载板的第一表面之间，与所述晶圆的第一表面、所述玻璃载板的第一表面形成封闭空腔；
钝化层，设置于所述晶圆的第二表面，对应在晶圆的焊盘位置处设置有开窗区；
重布线层，设置于所述钝化层上，所述重布线层与所述晶圆的焊盘连接；
阻焊层，设置于所述重布线层上；
焊球，连接所述重布线层。
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2019
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