TWI721378B - 影像感測器封裝及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種影像感測器封裝。影像感測器封裝包括： 封裝基底；以及影像感測器晶片，配置於封裝基底上方。積體電路元件更包括：保護層，上覆於影像感測器晶片，具有平坦頂部表面及底部表面，底部表面加襯且接觸保護層之下的結構；以及晶圓上屏蔽結構，圍繞影像感測器晶片的周邊間隔開。由於離散防護玻璃罩或紅外濾光片及對應的介入材料因替換為內建的保護層而不再需要，故影像感測器封裝的高度可減小。由於離散光屏蔽件及對應的介入材料因替換為內建的晶圓上光屏蔽結構而不再需要，故影像感測器封裝的大小可減小。

Description

影像感測器封裝及其製造方法
本發明實施例是關於影像感測器封裝及其製造方法。
數位攝影機及光學成像元件採用影像感測器。影像感測器將光學影像轉換成可表示為數位影像的數位資料。影像感測器包含像素感測器的陣列及支援邏輯。陣列的像素感測器為用於量測入射光的單元元件，且支援邏輯促進量測結果的讀出。影像感測器往往體現為電荷耦接元件(charge-coupled devices；CCDs)、互補金屬氧化物半導體(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)元件或背側受照(back side illuminated；BSI)元件。
根據本發明的一些實施例，一種影像感測器封裝包括封裝基底、影像感測器晶片、保護層以及晶圓上屏蔽結構。影像感測器晶片配置於所述封裝基底上方。保護層上覆於所述影像感測器晶片且具有平坦頂部表面及底部表面，所述底部表面加襯且接觸所述保護層之下的結構。晶圓上屏蔽結構圍繞所述影像感測器 晶片的周邊間隔開且具有直接接觸所述保護層的側壁。
根據本發明的一些實施例，一種製造影像感測器封裝的方法，包括以下動作。設置第一基底，所述第一基底具有形成於前側上的多個像素感測陣列及附著至背側的載體晶圓。在對應的多個像素感測陣列上方形成多個彩色濾光片陣列。形成上覆於所述多個彩色濾光片陣列的保護層。在所述彩色濾光片陣列之間形成穿過所述保護層及所述第一基底的開口。使用光屏蔽材料填充所述開口。對所述光屏蔽材料執行分離製程以形成多個離散晶粒，所述多個離散晶粒分別具有圍繞所述第一基底、所述彩色濾光片陣列以及所述保護層的周邊間隔開的晶圓上屏蔽結構。
根據本發明的一些實施例，一種影像感測器封裝包括第一基底、第一基底、元件層、彩色濾光片陣列、微透鏡陣列、保護層以及晶圓上屏蔽結構。金屬化堆疊安置於所述第一基底上方。元件層安置於所述金屬化堆疊上方且具有安置於其中的像素感測陣列。彩色濾光片陣列安置於所述像素感測陣列上方。微透鏡陣列安置於所述彩色濾光片陣列上方。保護層上覆於所述微透鏡陣列。晶圓上屏蔽結構圍繞所述影像感測器封裝的周邊間隔開，且包括包圍並接觸所述第一基底的下部部分及接觸所述保護層的上部部分。
100、200、300、400、500、600、800、1000、1200、1400、1600、1700:剖視圖
102:影像感測器晶片
102a:第一影像感測器晶片
102b:第二影像感測器晶片
104:晶圓上屏蔽結構
106:封裝基底
108:晶圓上透鏡
110:保護層
112:第一外殼結構
114:第一孔徑
116:攝影機模組
122:第二外殼結構
126:第二孔徑
128:模組透鏡
130:晶圓上濾光塗層
202:積體電路區
204:邊緣區
206、1012:第一基底
208:像素感測器陣列
210:支援邏輯電路
212、1014:元件層
214、1016:金屬化堆疊
216、1018:金屬化層
218、1020:層間介電層
220、1022:觸點
222、1024:通孔
224、1026:第二基底
226、1028:影像感測器接合襯墊
234、1302:彩色濾光片陣列
236、1306:微透鏡陣列
238、1304:平整層
302:影像感測器晶片
304:濾光板
306:空腔
308:鈍化層
310:基底穿孔
312:接合及/或電耦接結構
700、900、1100、1300、1500:上視圖
1002:第一影像感測器晶粒
1004:第二影像感測器晶粒
1006:切割道區
1008、1010:積體電路
1030:載體晶圓
1102:開口
1402:填充層
1800:方法
1802、1804、1806、1808、1810、1812、1814、1816、1818:動作
結合隨附圖式閱讀以下具體實施方式時會最佳地理解本揭露內容的態樣。應注意，根據業界中的標準慣例，各種特徵未按比 例繪製。事實上，可出於論述清楚起見而任意地增大或減小各種特徵的尺寸。
圖1示出具有影像感測器晶片的影像感測器封裝的一些實施例的剖視圖。
圖2示出根據圖1的影像感測器晶片的一些實施例的剖視圖。
圖3示出具有影像感測器晶片的影像感測器封裝的替代性實施例的剖視圖。
圖4示出具有影像感測器晶片的影像感測器封裝的替代性實施例的剖視圖。
圖5至圖17示出處於各種製造階段的影像感測器晶片的一些實施例的一系列剖視圖及俯視圖。
圖18示出製造具有影像感測器晶片的影像感測器封裝的方法的一些實施例的流程圖。
本揭露內容提供用以實施本揭露內容的不同特徵的許多不同實施例或實例。下文描述組件及配置的具體實例以簡化本揭露內容。當然，此等組件及配置僅為實例且並不意欲為限制性的。舉例而言，在以下描述中，第一特徵形成於第二特徵上方或第二特徵上可包含第一特徵與第二特徵直接接觸地形成的實施例，且亦可包含額外特徵可形成於第一特徵與第二特徵之間以使得第一特徵與第二特徵可不直接接觸的實施例。另外，本揭露內容可在各種實例中重複附圖標號及/或字母。此重複是出於簡化及清晰的目的，且本身並不規定所論述的各種實施例及/或組態之間的關係。
另外，為易於描述，本文中可使用諸如「在...下面」、「在...下方」、「下部」、「在...上方、「上部」以及類似者的空間相對術語來描述如圖式中所示出的一個部件或特徵與另一部件或特徵的關係。除圖式中所描繪的定向之外，空間相對術語還意欲涵蓋元件在使用或操作中的不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或處於其他定向)，且本文中所使用的空間相對描述詞可同樣相應地進行解譯。
此外，為易於描述，本文中可使用「第一」、「第二」、「第三」等來區分圖式或一系列圖式的不同部件。「第一」、「第二」、「第三」等並不意欲描述對應的部件。因此，結合第一圖式描述的「第一介電層」可能未必對應於結合另一圖式描述的「第一介電層」。
影像感測器通常呈塊狀製造於塊狀基底或晶圓上。接著，影像感測器所對應的晶粒分離或單體化以形成晶片，所述晶片通常經封裝以供使用。封裝提供對衝擊及腐蝕的保護措施、將影像感測器晶片連接至外部元件的觸點以及熱耗散。封裝包含接合封裝基底上方的影像感測器晶片且將影像感測器晶片電性耦接至封裝基底。另外，外殼結構形成於影像感測器晶片上方以包封影像感測器晶片與封裝基底。可接著將完成的封裝接合及/或電性耦接至撓性印刷電路(flexible printed circuit；FPC)及/或外部元件。
在封裝製程期間，在外殼結構與影像感測器晶片之間***一些光學組件以得到良好品質的影像。這些光學組件可包含一組用於輻射導引及成像的模組透鏡、過濾紅外光的紅外截止濾光片(infrared cut off filter)，以及用於防塵的防護玻璃罩。此外， 光屏蔽沿經封裝影像感測器晶片的側壁配置以阻擋不合需要的光。然而，此等光學組件的利用導致成本較高及封裝大小更大，此不利於如行動裝置及醫學用途的應用。
鑒於前述，本揭露內容是針對一種新的影像感測器封裝及用於封裝影像感測器晶片的改良方法。所述改良方法在使晶圓或塊狀基底分離成離散晶粒之前形成晶圓級的晶圓上(wafer-on)保護層及光學組件。所述改良方法亦可在晶粒之間形成開口且使用晶圓級的光屏蔽材料填充開口，以沿影像感測器晶片的側壁形成晶圓上光屏蔽結構。藉由使用對應的晶圓上組件替換單獨影像感測器封裝的不同的保護及光學組件，這些晶圓上保護及光學組件直接形成於晶圓級的影像感測器晶片上。因此，簡化了製造製程、減小了封裝的大小及高度，且改良了影像感測器的效能。
參考圖1，提供根據一些實施例的影像感測器封裝的剖視圖100。影像感測器封裝包含安置於封裝基底106上的影像感測器晶片102。在一些實施例中，封裝基底106為塊狀半導體基底或絕緣體上矽(silicon-on-insulator；SOI)基底。在其他實施例中，封裝基底106為另一晶片或積體電路。在一些實施例中，影像感測器晶片102為電荷耦接元件(CCD)、互補金屬氧化物半導體(CMOS)元件或BSI元件中的一者。在其他實施例中，影像感測器晶片102可使用另一類型的晶片替換。其他類型的晶片包含記憶體晶片(例如，快閃記憶體晶片)、射頻(radio frequency；RF)晶片等等。
晶圓上屏蔽結構104圍繞封裝基底106上的影像感測器晶片102的周邊且沿影像感測器晶片102的側壁間隔開。保護層 110配置以覆蓋影像感測器晶片102。保護層110可具有直接接觸晶圓上屏蔽結構104的側壁的側壁。保護層110可具有與晶圓上屏蔽結構104的平坦(planar)頂部表面對準的平坦頂部表面。保護層110可具有底部表面，所述底部表面加襯(line)且接觸保護層110之下的結構。保護層110可包括光阻、漂浮玻璃(float glass)、熔融矽石、矽、鍺、丙烯酸樹脂或其他可應用的材料。
在一些實施例中，晶圓上透鏡108配置於影像感測器晶片102上方及保護層110之下。在一些實施例中，晶圓上透鏡108可橫向地延伸至晶圓上屏蔽結構104。在一些替代實施例中，晶圓上透鏡108可具有由保護層110覆蓋的頂部表面及側壁表面。晶圓上屏蔽結構104可直接附著至晶圓上透鏡108。儘管晶圓上透鏡108在圖式中繪示為單個凸面透鏡，但應瞭解，晶圓上透鏡108可包含多個透鏡且可具有其他形狀。
在一些實施例中，晶圓上濾光塗層130配置於影像感測器晶片102上方及保護層110之下。晶圓上濾光塗層130可配置於晶圓上透鏡108上方或晶圓上透鏡108之下。晶圓上濾光塗層130經組態以過濾某一範圍的輻射率光譜。作為實例，晶圓上濾光塗層130可為設計成反射或阻擋中紅外波長同時使可見光通過的紅外截止濾光片。晶圓上濾光塗層130或晶圓上透鏡108可為光阻、漂浮玻璃、熔融矽石、矽、鍺、丙烯酸樹脂、顏料或其他可應用的材料。
在一些實施例中，外殼結構對保護層110及影像感測器晶片102上方的其他晶圓上結構進行封閉。作為實例，第一外殼結構112配置於晶圓上屏蔽結構104上。第一外殼結構112朝內 橫向地延伸於影像感測器晶片102上方，以在橫向延伸部的側壁之間定義影像感測器晶片102上方的通常為圓形形狀的第一孔徑114。第二外殼結構122配置(通常可移除地配置)於第一孔徑114中。第二外殼結構122包含影像感測器晶片102上方的通常為圓形形狀的第二孔徑126。在第二孔徑126內，配置包含一或多個透鏡的模組透鏡128。模組透鏡128設計成將光聚焦至影像感測器晶片102上且固定至第二外殼結構122。
儘管未繪示於圖式中，但接合結構(bonding structure)可配置於影像感測器晶片102與封裝基底106之間以將影像感測器晶片102接合及/或電性耦接至封裝基底106，及/或將影像感測器晶片102或封裝基底106電性耦接至外部元件及/或外部接合襯墊(未繪示)。接合結構可為焊料球，但其他類型的接合結構亦為適合的。
由於離散防護玻璃罩或紅外濾光片及對應的介入材料因替換為內建的(buildin)保護層110及/或晶圓上濾光塗層130而不再需要，故影像感測器封裝的高度可減小。由於可安裝晶圓上透鏡108，故用於影像感測器封裝的模組透鏡中的一或多個透鏡亦可省略或減少。另外，由於離散光屏蔽件及對應的介入材料因替換為內建的晶圓上光屏蔽結構104而不再需要，故影像感測器封裝的大小可減小。舉例而言，影像感測器封裝的大小及高度可減小至晶片等級(亦即，不大於晶片的大小的1.2倍)。甚至，由於影像感測器晶片的佈局所需的改變極小，故可簡化影像感測器封裝的總成。
參考圖2，提供根據一些實施例的影像感測器晶片的剖視 圖200。所述影像感測器晶片適合用作圖1的影像感測器晶片102。影像感測器晶片包含具有用於影像感測的IC電路的積體電路(integrated circuit；IC)區202，以及用於對封裝基底及/或外部元件進行外部連接的包圍IC區202的邊緣區204。作為一些實例，影像感測器晶片可為CCD元件、CMOS元件或BSI元件。
第一基底206支撐IC區202內的諸如主動像素感測器的像素感測器陣列208及支援邏輯電路210(統稱為IC電路)。第一基底206為例如矽、鍺或第III族及第V族元素的塊狀基底。替代性地，第一基底206為例如SOI基底。像素感測器為用於將光學影像轉換成數位資料的單元元件，且對應於入射於像素感測器陣列208上的光可定位至其中的最小區域。支援邏輯電路210支援像素感測器陣列208的讀出。支援邏輯電路210可圍繞像素感測器陣列208的周邊來配置。
元件層212及金屬化堆疊214配置於第一基底206上方及/或與第一基底206配置以共同形成像素感測器陣列208及支援邏輯電路210。元件層212包含影像感測器晶片的電子元件，諸如電晶體、電阻器、電容器、光電二極體等。元件層212通常包含用於像素感測器陣列208的光偵測器(諸如光電二極體)及用於支援邏輯電路210的電晶體。金屬化堆疊214藉由配置於層間介電(interlayer dielectric；ILD)層218內的一或多個金屬化層216來內連電子元件。一或多個觸點(contacts)220將元件層212電性耦接至金屬化層216，且一或多個通孔(vias)222將金屬化層216彼此電性耦接。
在一些實施例中，如所示出，元件層212配置於金屬化 堆疊214上方，位於第二基底224的底部表面上及/或第二基底224內。在其他實施例中，省略第二基底224且元件層212配置於金屬化堆疊214下方，位於第一基底206的頂部表面上及/或第一基底206內。在影像感測器晶片為BSI元件的情況下可採用第二基底224，以使得第一基底206充當載體基底且第二基底224充當影像感測器基底。第二基底224為例如矽、鍺或第III族及第V族元素的塊狀基底。替代性地，第二基底224為例如SOI基底。
在一些實施例中，彩色濾光片陣列234可配置於像素感測器陣列208上方且微透鏡陣列236配置於彩色濾光片陣列234上方。彩色濾光片陣列234為置放以將色彩分配至像素感測器的微型彩色濾光片的馬賽克(mosaic)，因為像素感測器無法區分不同色彩的光。舉例而言，彩色濾光片陣列234為拜耳(Bayer)濾光片。拜耳濾光片包含以50%綠色、25%紅色以及25%藍色的濾光片圖案來配置的紅色、綠色以及藍色濾光片的馬賽克。此種濾光片配置為有利的，因為紅色、綠色以及藍色可以不同組合來混合以產生對人眼可見的大多數色彩。微透鏡陣列236將穿過彩色濾光片陣列234的光聚焦至像素感測器陣列208。在一些替代性實施例中，不存在彩色濾光片陣列，且微透鏡陣列236上覆於像素感測器陣列208且將光聚焦至像素感測器陣列208。
在一些實施例中，平整層(flatness layer)238可配置於彩色濾光片陣列234與微透鏡陣列236之間。平整層238可配置於第二基底224的頂部表面及/或金屬化堆疊214上方。平整層238使彩色濾光片陣列234的頂部表面平滑，以降低彩色濾光片陣列234的表面粗糙度且減小微透鏡陣列236的微透鏡之間的表面形 狀差異。平整層238為透明的且包含例如氧化矽或氧化鋁。
影像感測器接合襯墊226沿影像感測器晶片的側壁配置於ILD層218及邊緣區204內。影像感測器接合襯墊226經由金屬化堆疊214電性耦接至IC區202。影像感測器接合襯墊226包含供正常使用的將元件層212電性耦接至外部元件的一或多個外部接合襯墊，以及用於晶圓接受測試(wafer acceptance testing；WAT)或電路探測的一或多個測試接合襯墊。
與上文在圖1中所論述的類似，晶圓上屏蔽結構104圍繞影像感測器晶片的周邊來配置，以定義影像感測器晶片的側壁。晶圓上屏蔽結構104可包括較窄下部部分及較寬上部部分。較窄下部部分加襯(lines)第一基底206、金屬化堆疊214、第二基底224/元件層212，且視需要加襯平整層238。較寬上部部分加襯晶圓上濾光塗層130、晶圓上透鏡108以及保護層110。晶圓上屏蔽結構104及保護層110可具有對準的平坦頂部表面。
參考圖3，根據替代性實施例提供影像感測器封裝的剖視圖300。影像感測器封裝包含具有諸如玻璃板的濾光板304的影像感測器晶片302，所述濾光板沿影像感測器晶片302的頂部配置以定義影像感測器晶片302內的空腔306。空腔適當地配置於影像感測器晶片302的感測區上方。在一些實施例中，影像感測器晶片302為CCD、CMOS元件或BSI元件中的一者。影像感測器晶片302的鈍化層308沿影像感測器晶片302的底部配置。鈍化層308加襯影像感測器晶片302的底部中的TSV孔。導電層填充於TSV中且定義基底穿孔(through substrate via；TSV)310。接合及/或電耦接(bonding and/or electrical coupling；B/EC)結構312配置 於耦接至TSV 310的影像感測器晶片302的底部，以將影像感測器晶片302經由TSV 310接合及/或電性耦接至外部元件及/或基底。B/EC結構312通常為焊料球，但其他類型的接合結構亦為適合的。
與圖1及圖2中所描述的類似，第一外殼結構112配置於影像感測器晶片302上且圍繞影像感測器晶片302的周邊。第一外殼結構112豎直地延伸於影像感測器晶片302上方且朝內橫向地延伸於影像感測器晶片302上方，以定義第一孔徑114。第二外殼結構122配置(通常可移除地配置)於第一孔徑114中。包含一或多個透鏡的模組透鏡128配置於第二外殼結構122內。模組透鏡128設計成將光聚焦至影像感測器晶片302上。藉由使晶圓上屏蔽結構104替換圍繞影像感測器晶片302的周邊的晶粒級光屏蔽，有利地減小了影像感測器封裝的橫向大小。藉由使保護層110直接位於影像感測器晶片302上，省略了防護玻璃罩，且有利地減小了影像感測器封裝的高度。藉由使一或多個晶圓上透鏡108直接位於影像感測器晶片302上，減少或省略了模組透鏡128，且改良了成像品質。
參考圖4，根據圖1至圖3的替代性實施例提供影像感測器封裝的剖視圖400。藉由使保護層110直接位於影像感測器晶片302上，省略了防護玻璃罩，且有利地減小了影像感測器封裝的高度。藉由使晶圓上屏蔽結構104替換圍繞影像感測器晶片的周邊的晶粒級光屏蔽，有利地減小了影像感測器封裝的橫向大小。
圖5至圖20示出根據一些實施例的處於各種製造階段的積體電路元件的一系列剖視圖及俯視圖。
如圖5的剖視圖500中所繪示，提供具有多個影像感測器晶粒的半導體結構，所述影像感測器晶粒包含第一影像感測器晶粒1002及第二影像感測器晶粒1004。第一影像感測器晶粒1002及第二影像感測器晶粒1004對應於半導體結構的非交疊區域，且藉由配置於第一影像感測器晶粒1002與第二影像感測器晶粒1004之間的切割道區1006間隔開。第一影像感測器晶粒1002及第二影像感測器晶粒1004包含對應的IC 1008、IC 1010，以供感測及/或量測入射於第一影像感測器晶粒1002及第二影像感測器晶粒1004上的光。IC 1008、IC 1010對應於例如CCD元件、CMOS元件或BSI元件。
配置於第一基底1012上方及/或第一基底1012內的元件層1014及金屬化堆疊1016共同形成IC 1008、IC 1010。第一基底1012為例如矽、鍺或第III族及第V族元素的塊狀半導體基底。替代性地，第一基底1012為例如SOI基底。元件層1014包含電子元件，諸如電晶體、電阻器、電容器、光電二極體等。金屬化堆疊1016藉由配置於層間ILD層1020內的一或多個金屬化層1018來內連電子元件。一或多個觸點1022將元件層1014電性耦接至金屬化層1018，且一或多個通孔1024將金屬化層1018彼此電性耦接。
在一些實施例中，元件層1014配置於金屬化堆疊1016上方，位於第二基底1026的底部表面上及/或第二基底1026內。在其他實施例中，省略第二基底1026且元件層1014配置於金屬化堆疊1016下方，位於第一基底1012的頂部表面上及/或第一基底1012內。第二基底1026為例如矽、鍺或第III族及第V族元素 的塊狀半導體基底。替代性地，第二基底1026為例如SOI基底。
影像感測器接合襯墊1028配置於ILD層1020內，位於第一影像感測器晶粒1002與第二影像感測器晶粒1004之間。影像感測器接合襯墊1028經由金屬化堆疊1016電性耦接至元件層1014，以便於第一影像感測器晶粒1002及第二影像感測器晶粒1004對外部元件的外部連接。第一影像感測器晶粒1002及第二影像感測器晶粒1004包含影像感測器接合襯墊1028的對應的非交疊區，其藉由切割道區1006分離。
如圖6的剖視圖600及圖7的上視圖700中所繪示，對應於多個影像感測器晶粒的多個彩色濾光片陣列1302形成或以其他方式配置於對應的影像感測器晶粒的感測區上方。在一些實施例中，彩色濾光片陣列1302形成或以其他方式配置於剩餘的第二基底1026上。在其他實施例中，彩色濾光片陣列1302形成或以其他方式配置於剩餘的金屬化堆疊1016或剩餘的ILD層1020上。彩色濾光片陣列1302為例如拜耳濾光片。
亦由圖6所繪示，平整層1304形成於彩色濾光片陣列1302上方且加襯第二基底1026。平整層1304使彩色濾光片陣列1302的頂部表面平滑以降低彩色濾光片陣列1302的表面粗糙度且可為透明的。在一些實施例中，平整層1304為或以其他方式包含例如氧化矽或氧化鋁，且可藉助於物理氣相沉積技術(例如，CVD、PE-CVD、PVD等)來沉積。
亦由圖6所繪示，對應於彩色濾光片陣列1302的多個微透鏡陣列1306形成或以其他方式配置於彩色濾光片陣列1302及平整層1304上方。微透鏡陣列1306將穿過平整層1304及彩色濾 光片陣列1302的光聚焦至元件層1014以供藉由IC 1008、IC 1010感測。
如圖8的剖視圖800及圖9的上視圖900中所繪示，多個晶圓上濾光塗層130及/或多個晶圓上透鏡108視需要形成或以其他方式配置於彩色濾光片陣列1302及微透鏡陣列1306上方。在一些實施例中，如圖8中所繪示，晶圓上濾光塗層130可彼此離散，上覆於微透鏡陣列1306。在一些替代性實施例中，晶圓上濾光塗層130可為第一連續實體層的部分且安置於微透鏡陣列1306上。第一連續實體層加襯彩色濾光片陣列1302之間的平整層1304。在一些實施例中，如圖8中所繪示，晶圓上透鏡108可彼此離散且安置於晶圓上濾光塗層130上。在一些替代性實施例中，晶圓上透鏡108可為安置於晶圓上濾光塗層130或第一連續實體層上的第二連續實體層的凸面部分。取決於應用，晶圓上透鏡108亦可為恰當地引導入射光到達彩色濾光片陣列1302上的凹面或平坦形狀或其他形狀。晶圓上透鏡108亦可不存在。晶圓上濾光塗層130或晶圓上透鏡108可為光阻、漂浮玻璃、熔融矽石、矽、鍺或其他可應用的材料。晶圓上濾光塗層130或晶圓上透鏡108可藉由模製或其他圖案化製程形成。在一些實施例中，晶圓上透鏡108比晶圓上濾光塗層130厚約50倍至200倍。舉例而言，晶圓上濾光塗層130可具有約1微米至2微米的厚度，且晶圓上透鏡108可具有約100微米至200微米的厚度。
如圖10的剖視圖1000及圖11的上視圖1100中所繪示，保護層110形成或以其他方式配置於彩色濾光片陣列1302及微透鏡陣列1306上方。在一些實施例中，保護層110越過晶圓形成有 平坦頂部表面。保護層110可為光阻、漂浮玻璃、熔融矽石、矽、鍺、丙烯酸樹脂或其他可應用的材料。保護層110可藉由旋轉塗層或沉積製程形成，例如藉由低溫化學機械沉積製程形成。在一些實施例中，保護層110的自晶圓上透鏡108的頂部表面至保護層110的頂部表面的厚度大於晶圓上透鏡108的厚度。舉例而言，保護層110可具有約300微米的厚度。
如圖12的剖視圖1200及圖13的上視圖1300中所繪示，開口1102形成於第一影像感測器晶粒1002與第二影像感測器晶粒1004之間。在一些實施例中，穿過保護層110、平整層1304、第二基底1026、金屬化堆疊1016及/或ILD層1020的選擇區執行第一蝕刻以到達第一基底1012上且形成開口1102。第一蝕刻的製程包含例如：在保護層110的頂部表面上方形成第一光阻層；圖案化第一光阻層；將蝕刻劑塗覆至保護層110、平整層1304、第二基底1026、金屬化堆疊1016及/或ILD層1020以選擇性地蝕刻並未由圖案化的第一光阻層遮蔽的區域；以及移除圖案化的第一光阻層。如圖12中所繪示，開口1102可形成為具有較寬上部部分及較窄下部部分。開口1102亦可藉由鋸切製程形成。
如圖14的剖視圖1400及圖15的上視圖1500中所繪示，填充層1402形成於開口1102(見圖12)中。填充層1402可為阻光材料，諸如黑色樹脂或其他可應用的材料。在一些實施例中，填充層1402可形成為具有與保護層110的頂部表面共面的頂部表面。
如圖16的剖視圖1600中所繪示，第一影像感測器晶粒1002與第二影像感測器晶粒1004分離。在一些實施例中，藉由穿 過填充層1402及第一基底1012沿切割道區1006(見圖14)移動晶粒鋸來執行分離。所述分離形成第一影像感測器晶片102a及第二影像感測器晶片102b，所述第一影像感測器晶片及所述第二影像感測器晶片對應地包含剩餘的第一影像感測器晶粒及第二影像感測器晶粒，以及沿第一影像感測器晶粒及第二影像感測器晶粒的側壁的來自填充層1402的剩餘部分的晶圓上光屏蔽結構104。接著移除載體晶圓1030(見圖14)。
如圖17的剖視圖1700中所繪示，在分離之後，可封裝第一影像感測器晶片102a及第二影像感測器晶片102b。影像感測器晶片可藉由經由第一基底1012形成B/EC結構312來焊接至封裝基底及/或焊接至外部元件。影像感測晶片亦可整合成攝影機模組116。此類封裝及攝影機模組的一些實例繪示及描述於上文的圖1至圖4中。
圖18繪示形成積體電路元件的方法1800的流程圖的一些實施例。儘管參考圖5至圖17描述方法1800，但應瞭解，方法1800不限於圖5至圖17中所揭露的此類結構，反而可不依賴於圖5至圖17中所揭露的結構而獨立。類似地，應瞭解，圖5至圖17中所揭露的結構不限於方法1800，反而可不依賴於方法1800而獨立為結構。此外，儘管在下文中將所揭露的方法(例如，方法1800)示出且描述為一系列動作或事件，但應瞭解，不應以限制性意義解釋所示出的此類動作或事件的次序。舉例而言，除本文中所示出及/或所描述的動作或事件之外，一些動作可與其他動作或事件以不同次序及/或同時發生。另外，可能並不需要所有所示出動作來實施本文中的描述的一或多個態樣或實施例。另外，本文中所 描繪的動作中的一或多者可以一或多個單獨動作及/或階段進行。
在動作1802處，設置第一基底，所述第一基底具有前側上的多個像素感測陣列及附著至背側的載體晶圓。圖5繪示對應於動作1802的剖視圖500的一些實施例。
在動作1804處，在對應的多個像素感測陣列上方形成多個彩色濾光片陣列。圖6及圖7繪示對應於動作1804的剖視圖600及上視圖700的一些實施例。
在動作1806處，形成上覆於彩色濾光片陣列的晶圓上透鏡及晶圓上濾光塗層。晶圓上透鏡具有凸面頂部表面。圖8及圖9繪示對應於動作1806的剖視圖800及上視圖900的一些實施例。
在動作1808處，形成上覆於多個彩色濾光片陣列的保護層。圖10及圖11繪示對應於動作1808的剖視圖1000及上視圖1100的一些實施例。
在動作1810處，在彩色濾光片陣列之間形成穿過保護層及第一基底的多個開口。圖12及圖13繪示對應於動作1810的剖視圖1200及上視圖1300的一些實施例。
在動作1812處，使用光屏蔽材料填充開口。圖14及圖15繪示對應於動作1812的剖視圖1400及上視圖1500的一些實施例。
在動作1814處，對光屏蔽材料執行分離製程以形成多個離散晶粒，所述多個離散晶粒分別具有圍繞第一基底、彩色濾光片陣列以及保護層的周邊間隔開的晶圓上屏蔽結構。在動作1816處，移除載體晶圓。圖16繪示對應於動作1814及動作1816的剖視圖1600的一些實施例。
在動作1818處，模組透鏡附著至晶粒的前側，且電連接結構形成至晶粒的背側。圖17繪示對應於動作1818的剖視圖1700的一些實施例。
應瞭解，雖然在整個此文檔中參考例示性結構論述本文中所描述的方法的態樣，但這些方法並不受所呈現的對應結構限制。更確切地說，將方法(及結構)視為不依賴於彼此且能夠在不考慮圖式中所描繪的特定態樣中的任一者的情況下獨立及實踐。另外，本文中所描述的層可以任何適合的方式形成，諸如使用旋塗、濺鍍、生長及/或沉積技術等。
此外，所屬領域中具通常知識者可基於對本說明書及隨附圖式的閱讀及/或理解來想到等效的更改及/或修改。本文中的揭露內容包含此類修改及更改且通常並不意欲因此而受限。舉例而言，儘管本文中提供的圖式示出及描述為具有特定摻雜類型，但應瞭解，如所屬領域中具通常知識者將瞭解，可利用替代性摻雜類型。
因此，如可自上文而瞭解，本揭露內容是關於一種積體電路元件。積體電路元件包括封裝基底，以及配置於封裝基底上方的影像感測器晶片。積體電路元件更包括：保護層，上覆於影像感測器晶片，具有平坦頂部表面以及加襯且接觸位於保護層之下的結構的底部表面；以及晶圓上屏蔽結構，圍繞影像感測器晶片的周邊間隔開。晶圓上屏蔽結構具有直接接觸保護層的側壁。
在一些實施例中，所述保護層具有與所述晶圓上屏蔽結構的頂部表面對準的頂部表面。在一些實施例中，所述的影像感測器封裝更包括：晶圓上透鏡，具有凸面頂部表面且配置於所述 影像感測器晶片上方及所述保護層之下。在一些實施例中，所述晶圓上透鏡具有側壁，所述側壁直接接觸所述晶圓上屏蔽結構的側壁。在一些實施例中，所述影像感測器封裝更包括：晶圓上濾光塗層，配置於所述影像感測器晶片上方及所述晶圓上透鏡之下，其中所述晶圓上濾光塗層經組態以過濾紅外光。在一些實施例中，所述晶圓上濾光塗層具有側壁，所述側壁直接接觸所述晶圓上屏蔽結構的側壁。在一些實施例中，所述的影像感測器封裝更包括：第一基底，安置於所述封裝基底上方；金屬化堆疊，安置於所述第一基底上方；元件層，安置於所述金屬化堆疊上方且具有安置於其中的像素感測陣列；彩色濾光片陣列，安置於所述像素感測陣列上方；以及微透鏡陣列，安置於所述彩色濾光片陣列上方，其中所述保護層直接接觸所述微透鏡陣列。在一些實施例中，所述的影像感測器封裝，更包括：平整層，配置於所述彩色濾光片陣列與所述微透鏡陣列之間，其中所述平整層具有接觸所述晶圓上屏蔽結構的側壁。在一些實施例中，所述晶圓上屏蔽結構包括上部部分及下部部分，其中所述上部部分寬於或等於所述下部部分。在一些實施例中，所述下部部分接觸所述第一基底、所述金屬化堆疊以及所述元件層的側壁。在一些實施例中，所述上部部分位於所述平整層的頂部表面上，且具有接觸所述平整層的頂部表面的底部表面。
在另一實施例中，本揭露內容涉及一種製造積體電路(IC)的方法。方法包括：設置第一基底，所述第一基底具有形成於前側上的多個像素感測陣列及附著至背側的載體晶圓；以及在對應的多個像素感測陣列上方形成多個彩色濾光片陣列。方法更 包括形成上覆於多個彩色濾光片陣列的保護層。方法更包括：在濾光片陣列之間形成穿過保護層及第一基底的開口；以及使用光屏蔽材料填充開口。方法更包括：對光屏蔽材料執行分離製程以形成多個離散晶粒，所述多個離散晶粒分別具有圍繞第一基底、彩色濾光片陣列以及保護層的周邊間隔開的晶圓上屏蔽結構。
在一些實施例中，所述方法更包括：自所述晶粒移除所述載體晶圓；將模組透鏡附著至所述晶粒的前側；以及將電連接結構形成至所述晶粒的背側。在一些實施例中，所述開口形成為包含所述第一基底內的較窄下部部分及穿過所述保護層的較寬上部部分。
在又一實施例中，本揭露內容是關於一種積體電路元件。積體電路元件包括第一基底及安置於第一基底上方的金屬化堆疊。積體電路元件更包括元件層，所述元件層安置於金屬化堆疊上方且具有安置於其中的像素感測陣列。積體電路元件更包括安置於像素感測陣列上方的彩色濾光片陣列及安置於彩色濾光片陣列上方的微透鏡陣列。積體電路元件更包括：保護層，上覆於微透鏡陣列；以及晶圓上屏蔽結構，圍繞影像感測器封裝的周邊間隔開，且包括包圍並接觸第一基底的下部部分及接觸保護層的上部部分。
在一些實施例中，所述保護層具有頂部表面，所述頂部表面與所述晶圓上屏蔽結構的頂部表面對準。在一些實施例中，所述影像感測器封裝更包括：晶圓上透鏡，具有凸面頂部表面；以及晶圓上濾光塗層，經組態以過濾紅外光，所述晶圓上透鏡及所述晶圓上濾光塗層配置於所述微透鏡陣列與所述保護層之間。 在一些實施例中，所述晶圓上濾光塗層具有側壁，所述側壁直接接觸所述晶圓上屏蔽結構的側壁。在一些實施例中，所述晶圓上濾光塗層、所述晶圓上透鏡或所述保護層的底部表面與所述晶圓上屏蔽結構的底部表面對準。在一些實施例中，所述晶圓上屏蔽結構的所述上部部分寬於所述下部部分。
前文概述若干實施例的特徵，以使所屬領域中具通常知識者可更好地理解本揭露內容的態樣。所屬領域中具通常知識者應瞭解，其可易於使用本揭露內容作為設計或修改用於實現本文中所引入的實施例的相同目的及/或達成相同優點的其他製程及結構的基礎。所屬領域中具通常知識者亦應認識到，此類等效構造並不脫離本揭露內容的精神及範圍，且所屬領域中具通常知識者可在不脫離本揭露內容的精神及範圍的情況下在本文中作出各種改變、替代以及更改。
100:剖視圖
102:影像感測器晶片
104:晶圓上屏蔽結構
106:封裝基底
108:晶圓上透鏡
110:保護層
112:第一外殼結構
114:第一孔徑
116:攝影機模組
122:第二外殼結構
126:第二孔徑
128:模組透鏡
130:晶圓上濾光塗層

Claims (10)

  1. 一種影像感測器封裝，包括：封裝基底；影像感測器晶片，配置於所述封裝基底上方；保護層，上覆於所述影像感測器晶片，具有平坦頂部表面及底部表面，所述底部表面加襯且接觸所述保護層之下的結構；以及晶圓上屏蔽結構，圍繞所述影像感測器晶片的周邊間隔開且具有直接接觸所述保護層的側壁。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器封裝，其中所述保護層具有與所述晶圓上屏蔽結構的頂部表面對準的頂部表面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器封裝，更包括：晶圓上透鏡，具有凸面頂部表面且配置於所述影像感測器晶片上方及所述保護層之下，其中所述晶圓上透鏡具有側壁，所述側壁直接接觸所述晶圓上屏蔽結構的側壁。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的影像感測器封裝，更包括：晶圓上濾光塗層，配置於所述影像感測器晶片上方及所述晶圓上透鏡之下，其中所述晶圓上濾光塗層經組態以過濾紅外光，其中所述晶圓上濾光塗層具有側壁，所述側壁直接接觸所述晶圓上屏蔽結構的側壁。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器封裝，更包括：第一基底，安置於所述封裝基底上方；金屬化堆疊，安置於所述第一基底上方；元件層，安置於所述金屬化堆疊上方且具有安置於其中的像素感測陣列；彩色濾光片陣列，安置於所述像素感測陣列上方；以及微透鏡陣列，安置於所述彩色濾光片陣列上方，其中所述保護層直接接觸所述微透鏡陣列。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的影像感測器封裝，更包括：平整層，配置於所述彩色濾光片陣列與所述微透鏡陣列之間，其中所述平整層具有接觸所述晶圓上屏蔽結構的側壁。
  7. 一種製造影像感測器封裝的方法，所述方法包括：設置第一基底，所述第一基底具有形成於前側上的多個像素感測陣列及附著至背側的載體晶圓；在對應的多個像素感測陣列上方形成多個彩色濾光片陣列；形成上覆於所述多個彩色濾光片陣列的保護層；在所述彩色濾光片陣列之間形成穿過所述保護層及所述第一基底的開口；使用光屏蔽材料填充所述開口；以及對所述光屏蔽材料執行分離製程以形成多個離散晶粒，所述多個離散晶粒分別具有圍繞所述第一基底、所述彩色濾光片陣列以及所述保護層的周邊間隔開的晶圓上屏蔽結構。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的製造影像感測器封裝的方法，其中所述開口形成為包含所述第一基底內的較窄下部部分及穿過所述保護層的較寬上部部分。
  9. 一種影像感測器封裝，包括：第一基底；金屬化堆疊，安置於所述第一基底上方；元件層，安置於所述金屬化堆疊上方且具有安置於其中的像素感測陣列；彩色濾光片陣列，安置於所述像素感測陣列上方；微透鏡陣列，安置於所述彩色濾光片陣列上方；保護層，上覆於所述微透鏡陣列；以及晶圓上屏蔽結構，圍繞所述影像感測器封裝的周邊間隔開，且包括包圍並接觸所述第一基底的下部部分及接觸所述保護層的上部部分。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的影像感測器封裝，其中所述晶圓上屏蔽結構的所述上部部分寬於所述下部部分。
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