CN110649055A - 改善cis芯片炫光问题的晶圆级封装方法以及封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法以及封装结构，其可以减少光线的透过和反射，提高CIS芯片的成像质量，封装方法包括以下步骤：提供玻璃载板，在玻璃载板上采用黑色光刻材料制作围堰；将CIS晶圆与玻璃载板键合在一起；对CIS晶圆进行刻蚀使得CIS晶圆上的焊盘露出；在CIS晶圆的感光区上制作金属遮光层：在CIS晶圆上形成钝化层，然后在钝化层上开窗将CIS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CIS晶圆上的焊盘；采用黑色光刻材料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，具体涉及改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法以及封装结构。
背景技术
CIS(CMOS Image Sensor，CMOS图像传感器)利用光电器件的光电转换功能，将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号。与光敏二极管，光敏三极管等“点”光源的光敏元件相比，图像传感器是将其受光面上的光像，分成许多小单元，将其转换成可用的电信号的一种功能器件。图像传感器分为光导摄像管和固态图像传感器。与光导摄像管相比，固态图像传感器具有体积小、重量轻、集成度高、分辨率高、功耗低、寿命长、价格低等特点。因此在各个行业得到了广泛应用。
公开号为CN207052606U的中国实用新型专利公开了一种CIS芯片的封装结构，将CIS晶圆和含有空腔的玻璃键合在一起，再通过TSV(硅穿孔)技术在Si背面形成线路重分布，再切割成单颗封装体。然而该类芯片采用的是普通光玻璃，红外光线(IR)易透过玻璃，透过的IR光对感光区成像会有影响；空腔围堰和CIS晶圆阻焊层采用的是传统绿色光刻材料，其缺点不具备遮光性能，使用过程中光线可以从围堰侧面穿过或在围堰上形成反射，这部分光照射到感光区会形成炫光；同时也有部分IR会穿透CIS晶圆绿色阻焊层和CIS晶圆，也会形成炫光。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法以及封装结构，其可以减少光线的透过和反射，提高CIS芯片的成像质量。
其技术方案是这样的：一种改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法，其特征在于，所述封装方法包括以下步骤：
步骤1：提供玻璃载板，在玻璃载板上采用黑色光刻材料制作围堰；
步骤2：将CIS晶圆与玻璃载板键合在一起；
步骤3：对CIS晶圆进行刻蚀使得CIS晶圆上的焊盘露出；
步骤4：在CIS晶圆的感光区上制作金属遮光层；
步骤5：在CIS晶圆上形成钝化层，然后在钝化层上开窗将CIS晶圆上的焊盘露出；
步骤6：在钝化层上制作重布线层，通过重布线层连接CIS晶圆上的焊盘；
步骤7：采用黑色光刻材料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，所述玻璃载板采用红外线滤光片制成，采用涂布、曝光、显影的方式使用黑色光刻材料制作围堰。
进一步的，在步骤2中，将CIS晶圆与玻璃载板通过黑色的键合胶进行键合，在CIS晶圆与玻璃载板键合在一起后，将CIS晶圆研磨至目标厚度。
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CIS晶圆上刻蚀出槽，再通过黄光工艺光刻做出孔的图形，再通过刻蚀工艺在CIS晶圆上刻蚀出孔，使CIS晶圆上的焊盘暴露出来。
进一步的，在步骤4中，先后通过金属沉积和金属刻蚀，在CIS晶圆的感光区上制作金属遮光层，金属遮光层采用钛、铜、铝中的任意一种。
进一步的，在步骤5中，通过涂布或真空压膜的方式，在CIS晶圆上形成钝化层，然后通过曝光、显影的方式开窗，将CIS晶圆上的焊盘露出。
进一步的，在步骤6中，在制作重布线层时，先沉积一层种子层，种子层采用Ti/Cu复合材料或铝，再电镀铜或铝至目标厚度，然后光刻出线路并进行刻蚀、去胶，再采用化学镀Ni/Au的方式在重布线层上形成保护层。
进一步的，在步骤7中，先采用预切割的方式在CIS晶圆的切割道内开出直槽，再用点胶的方式在直槽内填充黑色底部填充胶或者在槽内的侧壁上沉积金属，然后通过涂布的方式采用黑色光刻材料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7中，先通过临时键合工艺在玻璃载板的下侧键合承载片，采用预切割的方式在CIS晶圆的切割道内开出直槽，直槽同时将玻璃载板切穿，再用点胶的方式在槽内填充黑色底部填充胶或者在槽内的侧壁上沉积金属，然后通过涂布的方式采用黑色光刻材料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，然后再通过解键合工艺将承载片去除。
进一步的，在步骤7之后，还包括以下步骤：通过晶圆切割，形成单颗的CIS芯片的封装结构。
一种CIS芯片的封装结构，其特征在于，包括：
玻璃载板，其采用红外线滤光片；
CIS晶圆，其焊盘和感光区设置于所述CIS晶圆的第一表面，CIS晶圆的第二表面上设置有槽孔使得焊盘露出；
围堰，设置于所述CIS晶圆的第一表面和所述玻璃载板的第一表面之间，与所述CIS晶圆的第一表面、所述玻璃载板的第一表面形成封闭空腔，所述围堰采用黑色光刻材料制作；
金属遮光层，设置于CIS晶圆的感光区上方；
钝化层，设置于所述CIS晶圆的第二表面以及金属遮光层上，对应在CIS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CIS晶圆的焊盘连接；
阻焊层，设置于所述重布线层表面，所述阻焊层采用黑色光刻材料；
焊球，连接所述重布线层。
进一步的，所述CIS芯片晶圆、所述围堰和所述玻璃载板的外侧面覆盖有遮光层，遮光层为黑色底部填充胶或者沉积金属。
在本发明的改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法中，采用黑色光刻胶做围堰，有效减少光线反射和光线穿过围堰照射到芯片感光区；CIS晶圆采用黑色光刻胶代替传统绿色光刻胶作为阻焊层，并且在对应感光区的位置设置金属遮光层，阻挡红外光线穿过芯片影响成像，此外，还在芯片侧壁覆盖有黑色底部填充胶或沉积金属，阻挡光线从芯片侧边射入，提高芯片的成像效果；
本发明的改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装结构与已经公开的结构相比，玻璃载板采用红外线滤光片，减少玻璃正面的红外光线射入；空腔围堰和阻焊层采用黑色光刻胶，并且在CIS晶圆上增加挡光的金属遮光层，侧壁沉积金属层或填充黑色底部填充胶，这些改善减少了光线在芯片侧面的透过和反射以及CIS晶圆的光线射入，改善CIS芯片炫光问题，提高芯片的成像效果。
附图说明
图1为本发明的改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法的流程图；
图2为本发明的封装方法中步骤1的示意图；
图3为本发明的封装方法中步骤2的示意图；
图4为本发明的封装方法中步骤3的示意图；
图5为本发明的封装方法中步骤4的示意图；
图6为本发明的封装方法中步骤5的示意图；
图7为本发明的封装方法中步骤6的示意图；
图8为实施例1中的方法中步骤7的示意图；
图9为实施例1的改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法得到的单颗的CIS芯片的封装结构的示意图；
图10为实施例2中的方法中步骤7的示意图；
图11为实施例2的改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法得到的单颗的CIS芯片的封装结构的示意图。
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1，本发明的改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法，封装方法至少包括以下步骤：
步骤1：提供玻璃载板，在玻璃载板100上采用黑色光刻材料制作围堰；
步骤2：将CIS晶圆与玻璃载板键合在一起；
步骤3：对CIS晶圆进行刻蚀使得CIS晶圆上的焊盘露出；
步骤4：在CIS晶圆的感光区上制作金属遮光层；
步骤5：在CIS晶圆上形成钝化层，然后在钝化层上开窗将CIS晶圆上的焊盘露出；
步骤6：在钝化层上制作重布线层，通过重布线层连接CIS晶圆上的焊盘；
步骤7：采用黑色光刻材料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。
实施例1：本实施例提供了一种改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法，封装方法包括以下步骤：
步骤1：见图2，提供玻璃载板100，本实施例中玻璃载板100采用红外线滤光片制成，采用涂布、曝光、显影的方式使用黑色光刻材料制作围堰200，根据封装总厚度要求，围堰200的厚度不同；
步骤2：见图3，将CIS晶圆300与玻璃载板100通过键合胶进行键合，键合胶采用黑色的键合胶，在CIS晶圆300与玻璃载板100键合在一起后，将CIS晶圆300研磨至目标厚度，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；在本实施例中，键合胶采用黑色的353ND-T；
步骤3：见图4，通过黄光工艺光刻做出槽的图形，再通过刻蚀工艺在CIS晶圆300上刻蚀出槽302，再通过黄光工艺光刻做出孔的图形，再通过刻蚀工艺在CIS晶圆上刻蚀出孔303，使CIS晶圆上的焊盘301暴露出来；
步骤4：见图5，先后通过金属沉积和金属刻蚀，在CIS晶圆300的感光区304上制作金属遮光层400，金属遮光层400采用钛、铜、铝中的任意一种：
步骤5：见图6，通过涂布或真空压膜的方式，在CIS晶圆300上形成钝化层500，然后通过曝光、显影的方式开窗，将CIS晶圆上的焊盘301露出；
步骤6：见图7，在钝化层上制作重布线层600，通过重布线层600连接CIS晶圆上的焊盘301，在制作重布线层600时，先沉积一层种子层，种子层采用Ti/Cu复合材料或铝，再电镀铜或铝至目标厚度，然后光刻出线路并进行刻蚀、去胶，再采用化学镀Ni/Au的方式在重布线层上形成保护层；
步骤7：见图8，先采用预切割的方式在CIS晶圆的切割道内开出直槽305，再用点胶的方式在直槽内填充黑色底部填充胶700或者在槽内的侧壁上沉积金属700，然后通过涂布的方式采用黑色光刻材料在重布线层600上形成阻焊层800，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900，然后通过晶圆切割，形成单颗的CIS芯片的封装结构，见图9。
实施例2：对于玻璃侧面需要黑胶遮光的芯片，本实施例提供了另一种改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法，封装方法包括以下步骤：
步骤1：见图2，提供玻璃载板100，本实施例中玻璃载板100采用红外线滤光片制成，采用涂布、曝光、显影的方式使用黑色光刻材料制作围堰200，根据封装总厚度要求，围堰200的厚度不同；
步骤2：见图3，将CIS晶圆300与玻璃载板100通过键合胶进行键合，键合胶采用黑色的键合胶，在CIS晶圆300与玻璃载板100键合在一起后，将CIS晶圆300研磨至目标厚度，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；在本实施例中，键合胶采用黑色的353ND-T；
步骤3：见图4，通过黄光工艺光刻做出槽的图形，再通过刻蚀工艺在CIS晶圆300上刻蚀出槽302，再通过黄光工艺光刻做出孔的图形，再通过刻蚀工艺在CIS晶圆上刻蚀出孔303，使CIS晶圆上的焊盘301暴露出来；
步骤4：见图5，先后通过金属沉积和金属刻蚀，在CIS晶圆300的感光区304上制作金属遮光层400，金属遮光层400采用钛、铜、铝中的任意一种：
步骤5：见图6，通过涂布或真空压膜的方式，在CIS晶圆300上形成钝化层500，然后通过曝光、显影的方式开窗，将CIS晶圆上的焊盘301露出；
步骤6：见图7，在钝化层上制作重布线层600，通过重布线层600连接CIS晶圆上的焊盘301，在制作重布线层600时，先沉积一层种子层，种子层采用Ti/Cu复合材料或铝，再电镀铜或铝至目标厚度，然后光刻出线路并进行刻蚀、去胶，再采用化学镀Ni/Au的方式在重布线层上形成保护层；
步骤7：见图10，先通过临时键合工艺在玻璃载板100的下侧键合承载片1000，采用预切割的方式在CIS晶圆的切割道内开出直槽305，直槽305同时将玻璃载板100切穿，再用点胶的方式在槽内填充黑色底部填充胶700或者在槽内的侧壁上沉积金属700，然后通过涂布的方式采用黑色光刻材料在重布线层上形成阻焊层800，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900，然后再通过解键合工艺将承载片1000去除。然后通过晶圆切割，形成单颗的CIS芯片的封装结构。见图11，这样得到的产品，有黑色底部填充胶或者沉积金属覆盖CIS芯片晶圆300、围堰200和玻璃载板100的外侧面，这些改善减少了光线在芯片侧面的透过和反射。
现有技术中，黑色材料在芯片和PCB中的应用大部分是为了美观，未见其用于遮光，改善成像效果，而在本发明的改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法中，采用黑色光刻胶做围堰，有效减少光线反射和光线穿过围堰照射到芯片感光区；CIS晶圆采用黑色光刻胶代替传统绿色光刻胶作为阻焊层，并且在对应感光区的位置设置金属遮光层，阻挡红外光线穿过芯片影响成像，此外，还在芯片侧壁采用黑色底部填充胶或沉积金属，阻挡光线从芯片侧边射入，提高芯片的成像效果；此外，本发明的改善CIS芯片炫光问题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CIS芯片的封装结构，包括：
玻璃载板100，玻璃载板100采用红外线滤光片；
CIS晶圆300，其焊盘301和感光区304设置于CIS晶圆的第一表面，CIS晶圆300的第二表面上设置有槽孔使得焊盘301露出；
围堰200，设置于CIS晶圆300的第一表面和玻璃载板100的第一表面之间，与CIS晶圆300的第一表面、玻璃载板100的第一表面形成封闭空腔1100，围堰200采用黑色光刻材料制作；
金属遮光层400，设置于CIS晶圆的感光区上方；
钝化层500，设置于CIS晶圆300的第二表面以及金属遮光层400，对应在CIS晶圆的焊盘301位置处设置有开窗区；
重布线层600，设置于钝化层500上，重布线层500与CIS晶圆的焊盘301连接；
阻焊层800，设置于重布线层表面600，阻焊层800采用黑色光刻材料；
焊球900，连接重布线层。
见图11，在本发明的实施例中，还提供了一种CIS芯片的封装结构，包括：
玻璃载板100，玻璃载板100采用红外线滤光片；
CIS晶圆300，其焊盘301和感光区304设置于CIS晶圆的第一表面，CIS晶圆300的第二表面上设置有槽孔使得焊盘301露出；
围堰200，设置于CIS晶圆300的第一表面和玻璃载板100的第一表面之间，与CIS晶圆300的第一表面、玻璃载板100的第一表面形成封闭空腔1100，围堰200采用黑色光刻材料制作；
金属遮光层400，设置于CIS晶圆的感光区上方；
钝化层500，设置于CIS晶圆300的第二表面以及金属遮光层400，对应在CIS晶圆的焊盘301位置处设置有开窗区；
重布线层600，设置于钝化层500上，重布线层500与CIS晶圆的焊盘301连接；
阻焊层800，设置于重布线层表面600，阻焊层800采用黑色光刻材料；
焊球900，连接重布线层。
CIS芯片晶圆300、围堰200和玻璃载板100的外侧面覆盖有遮光层，遮光层为黑色底部填充胶700或者沉积金属700。
需要指出的是，本申请中所述的第一表面为朝向空腔1100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CIS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。
本发明的改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装结构与已经公开的结构相比，玻璃载板采用红外线滤光片，减少玻璃正面的红外光线射入；空腔围堰和阻焊层采用黑色光刻胶，并且在CIS晶圆上增加挡光的金属遮光层，侧壁沉积金属层或填充黑色底部填充胶，这些改善减少了光线在芯片侧面的透过和反射以及CIS晶圆的光线射入，改善CIS芯片炫光问题，提高芯片的成像效果。
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)
1.一种改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法，其特征在于，所述封装方法包括以下步骤：
步骤1：提供玻璃载板，在玻璃载板上采用黑色光刻材料制作围堰；
步骤2：将CIS晶圆与玻璃载板键合在一起；
步骤3：对CIS晶圆进行刻蚀使得CIS晶圆上的焊盘露出；
步骤4：在CIS晶圆的感光区上制作金属遮光层：
步骤5：在CIS晶圆上形成钝化层，然后在钝化层上开窗将CIS晶圆上的焊盘露出；
步骤6：在钝化层上制作重布线层，通过重布线层连接CIS晶圆上的焊盘；
步骤7：采用黑色光刻材料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所述的一种改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法，其特征在于：在步骤1中，所述玻璃载板采用红外线滤光片制成，采用涂布、曝光、显影的方式使用黑色光刻材料制作围堰；
在步骤2中，将CIS晶圆与玻璃载板通过黑色的键合胶进行键合，在CIS晶圆与玻璃载板键合在一起后，将CIS晶圆研磨至目标厚度。
3.根据权利要求1所述的一种改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法，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CIS晶圆上刻蚀出槽，再通过黄光工艺光刻做出孔的图形，再通过刻蚀工艺在CIS晶圆上刻蚀出孔，使CIS晶圆上的焊盘暴露出来。
4.根据权利要求1所述的一种改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法，其特征在于：在步骤4中，先后通过金属沉积和金属刻蚀，在CIS晶圆的感光区上制作金属遮光层，金属遮光层采用钛、铜、铝中的任意一种。
5.根据权利要求1所述的一种改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法，其特征在于：在步骤5中，通过涂布或真空压膜的方式，在CIS晶圆上形成钝化层，然后通过曝光、显影的方式开窗，将CIS晶圆上的焊盘露出。
6.根据权利要求1所述的一种改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法，其特征在于：在步骤6中，在制作重布线层时，先沉积一层种子层，种子层采用Ti/Cu复合材料或铝，再电镀铜或铝至目标厚度，然后光刻出线路并进行刻蚀、去胶，再采用化学镀Ni/Au的方式在重布线层上形成保护层。
7.根据权利要求1所述的一种改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法，其特征在于：在步骤7中，先采用预切割的方式在CIS晶圆的切割道内开出直槽，再用点胶的方式在直槽内填充黑色底部填充胶或者在槽内的侧壁上沉积金属，然后通过涂布的方式采用黑色光刻材料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，通过晶圆切割，形成单颗的CIS芯片的封装结构。
8.根据权利要求1所述的一种改善CIS芯片炫光问题的晶圆级封装方法，其特征在于：在步骤7中，先通过临时键合工艺在玻璃载板的下侧键合承载片，采用预切割的方式在CIS晶圆的切割道内开出直槽，直槽同时将玻璃载板切穿，再用点胶的方式在槽内填充黑色底部填充胶或者在槽内的侧壁上沉积金属，然后通过涂布的方式采用黑色光刻材料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，然后再通过解键合工艺将承载片去除，通过晶圆切割，形成单颗的CIS芯片的封装结构。
9.一种CIS芯片的封装结构，其特征在于，包括：
玻璃载板，其采用红外线滤光片；
CIS晶圆，其焊盘和感光区设置于所述CIS晶圆的第一表面，CIS晶圆的第二表面上设置有槽孔使得焊盘露出；
围堰，设置于所述CIS晶圆的第一表面和所述玻璃载板的第一表面之间，与所述CIS晶圆的第一表面、所述玻璃载板的第一表面形成封闭空腔，所述围堰采用黑色光刻材料制作；
金属遮光层，设置于CIS晶圆的感光区上方；
钝化层，设置于所述CIS晶圆的第二表面以及金属遮光层上，对应在CIS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CIS晶圆的焊盘连接；
阻焊层，设置于所述重布线层表面，所述阻焊层采用黑色光刻材料；
焊球，连接所述重布线层。
10.根据权利要求9所述的一种CIS芯片的封装结构，其特征在于：所述CIS芯片晶圆、所述围堰和所述玻璃载板的外侧面覆盖有遮光层，遮光层为黑色底部填充胶或者沉积金属。
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