高像素影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶圓級封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法,尤其涉及一種高像素影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法,屬于半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]影像傳感器是一種半導(dǎo)體模塊,是一種將光學(xué)影像轉(zhuǎn)換成為電子信號的設(shè)備,電子信號可以被用來做進(jìn)一步處理或被數(shù)字化后被存儲,或用于將影像轉(zhuǎn)移至另一顯示裝置上顯示等。它被廣泛應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)和其他電子光學(xué)設(shè)備中。影像傳感器如今主要分為電荷耦合器件(CXD)和CMOS影像傳感器(CIS,CMOS Image Sensor) 0雖然CXD影像傳感器在影像質(zhì)量以及噪聲等方面優(yōu)于CMOS影像傳感器,但是CMOS傳感器可用傳統(tǒng)的半導(dǎo)體生產(chǎn)技術(shù)制造,生產(chǎn)成本較低。同時(shí)由于所用的元件數(shù)相對較少以及信號傳輸距離短,CMOS影像傳感器具備功耗低、電容、電感和寄生延遲降低等優(yōu)點(diǎn)。
[0003]隨著芯片尺寸封裝(CSP)等新的封裝技術(shù)的出現(xiàn),影像傳感器封裝形式也向著更輕、更薄、更便攜的方向發(fā)展。正是由于CSP產(chǎn)品的封裝體小而薄,因此它在手持式移動(dòng)電子設(shè)備中迅速獲得了應(yīng)用。采用CSP封裝的影像傳感器不僅明顯地縮小了封裝后的體積尺寸、降低了封裝成本、提高了封裝效率,而且更加符合高密度封裝的要求;同時(shí)由于數(shù)據(jù)傳輸路徑短、穩(wěn)定性高,這種封裝在降低能耗的同時(shí)還提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定性。
[0004]高像素影像傳感器是指像素較高的影像傳感器。高像素影像傳感器由于其特殊的光學(xué)特征,需要使影像傳感區(qū)域與玻璃之間保持足夠的距離,而且高像素對封裝過程的無塵等級要求非常嚴(yán)格,室內(nèi)的雜質(zhì)一旦進(jìn)入封裝內(nèi),會影響影像傳感器的感光,使得傳感器難以產(chǎn)生高像素成像效果。
[0005]但是在目前的高像素影像傳感器封裝中,還存在許多結(jié)構(gòu)方面的問題。由于影像傳感器表面具有含光學(xué)元件的影像傳感區(qū),因此同其他器件不同的是必須在其正面覆蓋一層保護(hù)層,而保護(hù)層一般采用透光良好的介質(zhì)。保護(hù)層同芯片的連接一般利用支撐墻(高分子聚合物材料)將兩者的四周粘接在一起。為了防止保護(hù)層同影像傳感區(qū)進(jìn)行接觸,因此在影像傳感區(qū)上方和保護(hù)層中間必須有一定高度的空腔結(jié)構(gòu),這就要求所選用的支撐墻必須具備一定的厚度。但是由于目前采用的支撐墻強(qiáng)度和剛度較小,且均一性較差,不足以滿足高像素傳感器中對玻璃與影像傳感區(qū)域間較大間距的支撐作用,這就會引起連接處平整度差和玻璃面不平等問題。而且,由于玻璃面在工藝過程中一直暴露在外部,難以避免的會沾染上空氣中的雜質(zhì)顆粒以及工藝中產(chǎn)生的碎肩等,這就使得高像素圖像傳感器的感光性能變差,良品率降低。另外,由于支撐墻材料與其他材料的熱膨脹系數(shù)相差較大,這就導(dǎo)致在支撐墻和其它材料接觸的上下表面容易發(fā)生由于熱應(yīng)力引起的分層、裂紋,從而導(dǎo)致廣品失效。
[0006]因此,迫切需要一種高可靠性的高像素影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種高像素影像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)及其制作方法。該封裝結(jié)構(gòu)通過本發(fā)明實(shí)施的封裝結(jié)構(gòu),可以提高傳感器成像像素、減少封裝中的雜質(zhì)顆粒、改善支撐蓋板分層、裂紋等失效,能降低焊盤處的應(yīng)力分布。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0009]—種高像素影像傳感器封裝結(jié)構(gòu),包括蓋板(100)、支撐蓋板(300)、透明蓋板(200)、晶圓(400);
[0010]所述蓋板(100)包括蓋板第一表面(10a)和蓋板第二表面(10b),蓋板第一表面(10a)和蓋板第二表面(10b)為蓋板(100)的上下表面;蓋板第一表面(10a)制作有一蓋板收容結(jié)構(gòu)(101)與一蓋板通孔(102),蓋板收容結(jié)構(gòu)(101)、蓋板通孔(102)共同形成具有階梯狀的蓋板空腔結(jié)構(gòu),蓋板收容結(jié)構(gòu)(101)的橫截面長度大于蓋板通孔(102)橫截面長度;
[0011 ] 所述支撐蓋板(300)具有支撐蓋板第一表面(300a)和支撐蓋板第二表面(300b);支撐蓋板第一表面(300a)制作有一支撐蓋板收容結(jié)構(gòu)(301)與一支撐蓋板通孔(302),它們共同形成的具有階梯狀的空腔結(jié)構(gòu),支撐蓋板收容結(jié)構(gòu)(301)的橫截面長度大于支撐蓋板通孔(302)橫截面長度;
[0012]所述透明蓋板(200)設(shè)置于蓋板收容結(jié)構(gòu)(101)與支撐蓋板收容結(jié)構(gòu)(301)共同形成的收容空間中;
[0013]所述晶圓(400)具有晶圓第一表面與晶圓第二表面,晶圓第一表面與晶圓第二表面為晶圓(400)的上下表面;晶圓第一表面上設(shè)置一層鈍化層(401),晶圓第一表面的中央?yún)^(qū)域設(shè)置有元件區(qū)(403),元件區(qū)(403)的周邊的若干導(dǎo)電焊墊(402)。所述鈍化層(401)暴露出導(dǎo)電焊墊(402),所述元件區(qū)(403)與導(dǎo)電焊墊(402)通過內(nèi)部電路進(jìn)行電性連接。
[0014]蓋板(100)與支撐蓋板(300)之間、支撐蓋板(300)與晶圓(400)之間通過使用鍵合膠結(jié)合在一起;所述蓋板(100)與支撐蓋板(300)之間、支撐蓋板(300)與晶圓(400)之間設(shè)有粘結(jié)層。透明蓋板(200)放置于蓋板收容結(jié)構(gòu)(101)與支撐蓋板收容結(jié)構(gòu)(301)共同形成的收容空間中,透明蓋板(200)直接卡固于收容空間中或透明蓋板(200)與蓋板
(100)之間形成一粘結(jié)層,以保證透明蓋板(200)的穩(wěn)固。
[0015]所述透明蓋板(200)是玻璃、石英、塑膠等透明材質(zhì)。
[0016]所述蓋板(100)與支撐蓋板(300)是硅或硅基材料。
[0017]所述蓋板(100)中的蓋板通孔(102)高度為O?200 μ m。支撐蓋板(300)中的支撐蓋板通孔(302)高度大于等于200 μ m。
[0018]所述蓋板(100)與支撐蓋板(300)鍵合在一起后的收容結(jié)構(gòu)空間高度大于等于
200 μ??ο
[0019]所述支撐蓋板收容結(jié)構(gòu)(301)的開口略大于透明蓋板(200)的寬度,即透明蓋板(200)與撐蓋板收容結(jié)構(gòu)(301)側(cè)壁間留有空隙。
[0020]所述蓋板收容結(jié)構(gòu)(101)與支撐蓋板收容結(jié)構(gòu)(301)共同形成的空腔結(jié)構(gòu)為圓形或者方形。
[0021]蓋板(100)與支撐蓋板(300)之間、支撐蓋板(300)與晶圓(400)之間的鍵合膠為高分子樹脂類粘接膠。
[0022]所述蓋板與支撐蓋板的減薄方式為研磨或蝕刻工藝或其組合工藝,蝕刻工藝包括深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)。
[0023]—種帶應(yīng)力保護(hù)的高可靠性影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)的制作方法,包括以下步驟:
[0024]步驟1,提供一蓋板,在蓋板第一表面形成一收容空間;
[0025]步驟2.在收容空間中部再形成一寬度略小的通孔結(jié)構(gòu);
[0026]步驟3,將透明蓋板放置于蓋板已形成的收容空間中;
[0027]步驟4,提供支撐蓋板,并在支撐蓋板的第一表面上形成一收容空間;
[0028]步驟5,在收容空間中部再形成一寬度略小的通孔結(jié)構(gòu);
[0029]步驟6,將蓋板第一表面與支撐蓋板第一表面的階梯狀平臺鍵合在一起;
[0030]步驟7,對支撐蓋板的第二表面進(jìn)行減薄,直至露出支撐蓋板形成的通孔結(jié)構(gòu);
[0031]步驟8,在支撐蓋板的第二表面與晶圓正面進(jìn)行鍵合,所述晶圓正面設(shè)置有鈍化層、導(dǎo)電焊墊及元件區(qū),鈍化層暴露導(dǎo)電焊墊,所述元件區(qū)置于通孔中央?yún)^(qū)域;
[0032]步驟9,對晶圓的背面進(jìn)行減??;并在其上完成形成開口、鋪設(shè)絕緣層、重布線、植球等工藝。
[0033]步驟10,對蓋板的第二表面進(jìn)行磨削減薄,直至露出透明蓋板。
[0034]步驟11,對整片晶圓進(jìn)行切割,分離為單顆芯片。
[0035]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:
[0