TWI643325B - 影像感測器及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明的影像感測器包括元件晶片、多個間隔物、屏障層、蓋子以及多個導電端子。元件晶片具有第一表面以及相對於第一表面的第二表面。元件晶片包括位於第一表面的感測區域以及在感測區域周圍的多個導電接墊。間隔物在元件晶片的第一表面上。屏障層包覆導電接墊以及間隔物。蓋子在屏障層上。導電端子在元件晶片的第二表面上且電性連接導電接墊。此外，本發明還提供影像感測器的製造方法。
Description
本發明是有關於一種影像感測器及其製造方法，且特別是有關於一種具有形成於屏障層的間隔物的影像感測器。
近年來，隨著電子技術的飛速發展和高科技電子產業的蓬勃發展，許多人性化且具有更好功能的電子產品不斷地出現，並朝向輕、薄、短、小的趨勢發展。
例如，隨著影像感應器的研發向晶片級封裝發展，影像感測器中的屏障層材料的選擇，是獲得更好的產品可靠性的關鍵。通常屏障層材料會採用感光材料。然而，這種材料通常具有高的熱膨脹係數（CTE）以及低楊氏模數（Young’s modulus），這會導致電極在影像感測器的製造過程中變形。另外，目前還提出一種多層屏障結構。然而，多層屏障結構增加了影像感測器的製造過程的複雜性和成本。因此，屏障層的製造方法和其材料的選擇已成為所屬領域的重要課題。
本發明提供一種影像感測器及其製造方法，能夠減輕電極變形的問題，同時簡化影像感測器的製造過程。因此，可以充分提高影像感測器的可靠性，並且可以充分降低影像感測器的製造成本。
本發明的一種影像感測器包括元件晶片、多個間隔物、屏障層、蓋子以及多個導電端子。元件晶片具有第一表面以及相對於第一表面的第二表面。元件晶片包括位於第一表面的感測區域以及在感測區域周圍的導電接墊。間隔物在元件晶片的第一表面上。屏障層包覆導電接墊以及間隔物。蓋子在屏障層上。導電端子在元件晶片的第二表面上且電性連接導電接墊。
本發明提供一種影像感測器的製造方法，包括至少以下步驟。首先提供元件晶圓。元件晶圓具有第一表面以及相對於第一表面的第二表面。元件晶圓包括多個在第一表面上的感測區域以及在感測區域周圍的多個導電接墊。於元件晶圓的第一表面上形成多個間隔物。間隔物位於感測區域以及導電接墊之間。藉由網印於元件晶圓的第一表面上形成屏障層。屏障層包覆多個間隔物以及多個導電接墊。於屏障層上形成蓋子。於元件晶圓的第二表面上形成多個導電端子。多個導電端子電性連接至多個導電接墊。
基於上述，多個間隔物形成在屏障層中。因此，能在元件晶片/晶圓以及蓋子之間提供額外的支撐。此外，由於屏障層可以藉由網印形成，所採用之材料的選擇能更廣泛。舉例來說，屏障層並不被限定為感光材料且可以為單層結構，所以具有低熱膨脹係數以及高楊氏模數的材料可以用來作為屏障層的材料，以避免電極在影像感測器的製造過程中變形。因此，影像感測器的可靠度可以提升。另外，製造過程可以更簡單且製造成本能夠降低。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A至圖1M是依照本發明的一實施例的一種影像感測器10的製造方法的剖面示意圖。
請參考圖1A，提供元件晶圓100。元件晶圓100具有第一表面S1以及相對於第一表面S1的第二表面S2。元件晶圓100包括基板102、介電層104、多個導電接墊106以及多個感測區域108。基板102可以是半導體基板，例如，基板102包括矽。多個主動元件可以形成於基板102上或是嵌入基板102中。在一些實施例中，主動元件可以包括電荷耦合元件（CCD）、互補式金屬氧化物半導體（CMOS）電晶體或光電二極管。例如，當主動元件為互補式金屬氧化物半導體電晶體時，元件晶圓100則被視為互補式金屬氧化物半導體影像感測器晶圓。介電層104位於基板102上，以構成元件晶圓100的第一表面S1。在一些實施例中，介電層104可以是氧化層。舉例來說，介電層104可以藉由化學氣相沉積法（CVD）來形成，或在矽基板102上進行熱氧化，因此介電層104包括二氧化矽。
導電接墊106以及感測區域108位於第一表面S1上，所以第一表面S1可以被視為元件晶圓100的主動表面。感測區域108可以偵測光學訊號（例如，光線）或來自裝置外部的圖像數據。在一些實施例中，感測區域108包括紅色濾光片、綠色濾光片以及藍色濾光片所形成的彩色濾光片陣列。導電接墊106在感測區域108周圍。在一些實施例中，導電接墊106作為使電壓（電源和/或接地）能傳送到基板102中的主動元件和圖像感測區域108的電極。在一些實施例中，導電接墊106由鋁製成，然而本發明不以此為限。在其他實施例中，導電接墊106可以用其他金屬材料來製造，例如是銅、金、錫或銀。
於元件晶圓100的第一表面S1上形成多個間隔物200。間隔物200位於導電接墊106以及感測區域108之間。間隔物200的功能在於使元件晶圓100和隨後形成的元件之間提供足夠的間隙。在一些實施例中，間隔物200還提供了額外的支撐，以增強裝置整體的剛性。在一些實施例中，間隔物200的材料例如包括金屬、陶瓷、塑膠或上述材料的組合。然而，具有適當剛性的其它材料也可以用來作為間隔物200。每個間隔物200的直徑介於5 μm至100 μm之間。
屏障材料層300a形成於第一表面S1上。屏障材料層300a形成於間隔物200以及導電接墊106上，以包覆間隔物200以及導電接墊106。在一些實施例中，屏障材料層300a例如藉由網印製程形成。舉例來說，在元件晶圓100以及間隔物200上提供具有多個開口的模板，當模板覆蓋感測區域108時，模板的開口暴露出導電接墊106以及間隔物200。隨後，於模板的開口中提供屏障材料層300a。換句話說，於元件晶圓100的第一表面S1上提供屏障材料層300a，以使屏障材料層300a覆蓋導電接墊106以及間隔物200。另一方面，不會在感測區域108上提供屏障材料層300a。接著，移除模板。
請參考圖1B，將蓋子400黏合至屏障材料層300a，並固化屏障材料層300a以形成屏障層300。由於屏障材料層300a具有粘合性，在固化製程之前，蓋子400可以被黏在屏障材料層300a上。取決於屏障材料層300a的材料選擇，固化製程可以通過熱固化或藉由紫外線（UV）固化來進行。由於屏障層300是藉由網印所形成，屏障層300不需要藉由感光材料來製造。舉例來說，屏障層300可以包括環氧樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯、矽氧樹脂、矽氧烷、聚醯亞胺、苯並環丁烯(BCB)或上述材料的組合。在一些實施例中，屏障層300為單層結構。此外，在一些實施例中，屏障層300可以包括分散於其中的多個填料（未繪出），每個填料的直徑小於每個間隔物200的直徑。在一些實施例中，屏障層300在感測區域108周圍，因此屏障層300從上視圖看其來為O形環結構。
蓋子400是由透明材料所製造，因此來自裝置外部的光學信號可以穿過蓋子400以抵達感測區域108。在一些實施例中，蓋子400包括光學玻璃。藉由屏障層300而在蓋子400與元件晶圓100之間形成密閉空間。
請參考圖1C，元件晶圓100的基板102的厚度被減少了。在一些實施例中，研磨元件晶圓100的第二表面S2以減少元件晶圓100的整體厚度。研磨製程可以通過例如機械研磨、化學機械研磨（CMP）或蝕刻的技術來執行。
請參考圖1D，進行光刻製程。在研磨後的元件晶圓100的第二表面S2上形成圖案化的光阻層PR1。舉例來說，圖案化的光阻層PR1包括感光樹脂或其他感光材料。圖案化的光阻層PR1的形成方式例如是先在元件晶圓100的第二表面S2上塗佈光阻材料層（未繪示）。接著，在光罩的幫助下（未繪示），對光阻材料層進行曝光製程及顯影製程，以使圖案化的光阻層PR1呈現出來。由圖案化的光阻層PR1所形成的開口對應於導電接墊106所在的位置。在一些實施例中，顯影後檢視(ADI)製程可以在圖案化的光阻層PR1上進行，以確保開口位置的精度。
請參考圖1E，進行蝕刻製程以形成穿過基板102的多個通孔OP。蝕刻製程可以包括濕蝕刻或乾蝕刻。在一些實施例中，介電層104可用作蝕刻停止層。換句話說，在蝕刻製程以後，導電接墊106仍然受到介電層104良好的保護。接著，移除圖案化的光阻層PR1。
請參考圖1F，氧化層500形成於元件晶圓100的第二表面S2上，並填入通孔OP。氧化層500是藉由共形的方式形成，以使氧化層500延伸進通孔OP中以覆蓋通孔OP的側表面。氧化層500可以包括低溫氧化物，例如是二氧化矽。氧化層500例如透過電漿輔助化學氣相沈積（PECVD）、常壓化學氣相沉積（APCVD）或低壓化學氣相沉積(LPCVD)來形成。
請參考圖1G，移除被通孔OP暴露出來的部分介電層104以及部分氧化層500，以暴露出導電接墊106的底表面。介電層104以及氧化層500可以藉由乾蝕刻移除。
請參考圖1H，粘合劑層600a以及晶種層600連續地濺鍍在氧化層500以及導電接墊106的底表面上。粘合劑層600a以及晶種層600延伸進通孔OP中，以使粘合劑層600a直接接觸導電接墊106。在一些實施例中，除了能增加導電接墊106以及晶種層600之間的黏著性以外，粘合劑層600a還能作為阻擋層。粘合劑層600a例如可以包括鈦（Ti）或鈦鎢（TiW），且晶種層例如可以包括銅或金。
請參考圖1I，在粘合劑層600a以及晶種層600上形成圖案化的光阻層PR2，圖案化的光阻層PR2的形成方式以及材料類似於圖1D中圖案化的光阻層PR1，所以詳細的說明於此不再贅述。圖案化的光阻層PR2所形成的開口至少暴露出部分的晶種層600。
請參考圖1J，將導電材料層700填入光阻層PR2所形成的開口中。換句話說，導電材料層700形成於被圖案化的光阻層PR2所暴露出來的晶種層600上。導電材料層700延伸進通孔OP中，所以導電材料層700直接接觸晶種層600。導電材料層700例如包括單層結構的銅或多層結構的銅/鎳/金。接著，移除圖案化的光阻層PR2、被導電材料層700暴露出來的晶種層600以及在被暴露出來的晶種層600下面的粘合劑層600a，以形成多個矽穿孔（TSV）710。換句話說，矽穿孔710是藉由移除圖案化的光阻層PR2及粘合劑層600a以及被圖案化的光阻層PR2覆蓋的晶種層600來形成。因此，部分的粘合劑層600a、部分的晶種層600以及導電材料層700構成矽穿孔710。圖案化的光阻層PR2可以透過剝除製程移除，且部分的粘合劑層600a以及晶種層600可以透過蝕刻製程移除。
請參考圖1K，於元件晶圓100的第二表面S2上形成保護層800。在一些實施例中，保護層800設置於矽穿孔710以及氧化層500上，以保護這些層。保護層800例如包括防焊層，然而本發明不以此為限。其他具有保護功能的材料也可以用來作為保護層800。保護層800可以透過乾膜壓合或濕膜塗佈形成。如圖1K所示，多個開口O形成於保護層800中，以暴露至少部分的矽穿孔710。
請參考圖1L，於保護層800上形成多個導電端子900。導電端子900透過保護層800的開口O以電性連接至矽穿孔710。在一些實施例中，導電端子900為導電球，例如是錫球，然而本發明不以此為限。在其他實施例中，導電端子900也可以為導電柱或導電凸塊的形式。導電端子900可以透過植球製程以及回銲製程來形成。如上所述，由於矽穿孔710電性連接至導電接墊106，導電端子900透過矽穿孔710而電性連接至導電接墊106。
請參考圖1M，對圖1L所示的結構進行分割製程，以獲得多個影像感測器10。在一些實施例中，元件晶圓100可以藉由旋轉刀片切割或雷射光束來切割。
影像感測器10包括元件晶片100’、多個間隔物200、屏障層300、蓋子400、氧化層500、多個矽穿孔710、保護層800以及多個導電端子900。元件晶片100’具有第一表面S1以及相對於第一表面S1的第二表面S2。元件晶片100’包括基板102、介電層104、感測區域108、多個導電接墊106。感測區域108位於元件晶片100’的第一表面S1且導電接墊106在感測區域108周圍。間隔物200在元件晶片100’的第一表面S1上且位於感測區域108及導電接墊106之間。屏障層300在第一表面S1上以包覆間隔物200以及導電接墊106。蓋子400位於屏障層300上。矽穿孔710貫穿元件晶片100’的基板102以及介電層104，以電性連接導電接墊106。氧化層500位於矽穿孔710及元件晶片100’之間以及保護層800和元件晶片100’之間。保護層800覆蓋矽穿孔710以及氧化層500，以保護這些層。導電端子900位於保護層800上，且透過矽穿孔710而電性連接導電接墊106。
基於上述，多個間隔物形成在屏障層中。因此，能在元件晶片/晶圓以及蓋子之間提供額外的支撐。此外，由於屏障層可以藉由網印形成，所採用之材料的選擇能更廣泛。舉例來說，屏障層並不被限定為感光材料且可以為單層結構，所以具有低熱膨脹係數以及高楊氏模數的材料可以用來作為屏障層的材料，以避免電極在影像感測器的製造過程中變形。因此，影像感測器的可靠度可以提升。另外，製造過程可以更簡單且製造成本能夠降低。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧影像感測器
100‧‧‧元件晶圓
100’‧‧‧元件晶片
102‧‧‧基板
104‧‧‧介電層
106‧‧‧導電接墊
108‧‧‧感測區域
200‧‧‧間隔物
300‧‧‧屏障層
300a‧‧‧屏障材料層
400‧‧‧蓋子
500‧‧‧氧化層
600‧‧‧晶種層
600a‧‧‧粘合劑層
700‧‧‧導電材料層
710‧‧‧矽穿孔
800‧‧‧保護層
900‧‧‧導電端子
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
PR1‧‧‧光阻層
PR2‧‧‧光阻層
OP‧‧‧通孔
圖1A至圖1M是依照本發明的一實施例的一種影像感測器10的製造方法的剖面示意圖。
Claims (10)
- 一種影像感測器，包括：元件晶片，具有第一表面以及相對於所述第一表面的第二表面，其中所述元件晶片包括位於所述第一表面上的感測區域以及在所述感測區域周圍的多個導電接墊；多個間隔物，在所述元件晶片的所述第一表面上，且所述多個間隔物僅位於所述感測區域以及所述多個導電接墊之間；屏障層，包覆所述多個導電接墊以及所述多個間隔物；蓋子，在所述屏障層上；以及多個導電端子，在所述元件晶片的所述第二表面上，其中所述多個導電端子電性連接至所述多個導電接墊。
- 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，更包括：多個矽穿孔，所述多個矽穿孔穿過所述元件晶片的基板，且所述多個導電端子透過所述多個矽穿孔電性連接至所述多個導電接墊。
- 如申請專利範圍第2項所述的影像感測器，更包括：保護層，在所述元件晶片的所述第二表面上。
- 如申請專利範圍第3項所述的影像感測器，更包括：氧化層，位於所述多個矽穿孔和所述元件晶片之間，且位於所述保護層和所述元件晶片之間。
- 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中各個所述多個導電接墊具有頂表面、底表面以及側面，所述側面連接於 所述頂表面與所述底表面之間，所述底表面接觸所述第一表面，且所述屏障層接觸所述頂表面與所述側面。
- 一種影像感測器的製造方法，包括：提供元件晶圓，其中所述元件晶圓具有第一表面以及相對於所述第一表面的第二表面，所述元件晶圓包括位於所述第一表面上的多個感測區域以及在所述多個感測區域周圍的多個導電接墊；於所述元件晶圓的所述第一表面上形成多個間隔物，其中所述多個間隔物位於所述多個感測區域以及所述多個導電接墊之間；藉由網印於所述元件晶圓的所述第一表面上提供屏障材料層，以包覆所述多個間隔物以及所述多個導電接墊；固化所述屏障材料層以形成屏障層，其中所述屏障層包覆所述多個間隔物以及所述多個導電接墊；於所述屏障層上形成蓋子；以及於所述元件晶圓的所述第二表面上形成多個導電端子，其中所述多個導電端子電性連接至所述多個導電接墊。
- 如申請專利範圍第6項所述的影像感測器的製造方法，更包括：形成多個通孔，對應於所述元件晶圓的多個所述導電接墊； 於所述多個通孔中填入導電材料，以形成多個矽穿孔，其中所述多個導電端子透過所述多個矽穿孔電性連接至所述多個導電接墊。
- 如申請專利範圍第7項所述的影像感測器的製造方法，更包括：於所述元件晶圓的所述第二表面上以及所述多個通孔的側壁上形成氧化層。
- 如申請專利範圍第6項所述的影像感測器的製造方法，更包括：於所述元件晶圓的所述第二表面上形成保護層。
- 如申請專利範圍第6項所述的影像感測器的製造方法，更包括：切割所述元件晶圓以形成多個所述影像感測器。
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