《BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法》是蘇州晶方半導體科技股份有限公司於2013年1月9日申請的專利，該專利的公布號為CN103077951A，申請公布日為2013年5月1日，發明人是王之奇、喻瓊、王蔚。該發明屬於半導體製造技術領域。
《BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法》所述方法包括：通過第一切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第一次切割，分離相鄰的BSI圖像感測器的互連層；通過第二切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第二次切割，以獲得多個獨立的BSI圖像感測器；其中，所述第一切刀硬度大於所述第二切刀。與2013年1月之前的技術相比，該發明的BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法有效的提升了封裝後得到的BSI圖像感測器的性能及信賴性。
2017年12月11日，《BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法
- 申請人：蘇州晶方半導體科技股份有限公司
- 申請日：2013年1月9日
- 申請號：2013100074405
- 公布號：CN103077951A
- 公布日：2013年5月1日
- 發明人：王之奇、喻瓊、王蔚
- 地址：江蘇省蘇州市蘇州工業園區汀蘭巷29號
- 分類號：H01L27/146(2006.01)I、B28D5/00(2006.01)I、B28D5/04(2006.01)I
- 代理機構：蘇州威世朋智慧財產權代理事務所
- 代理人：楊林潔
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
隨著晶片製造工藝和成像專用工藝的不斷進步，促進了採用前面照度（FSI）技術的圖像感測器的開發。FSI圖像感測器如同人眼一樣，光落在晶片的前面，然後通過讀取電路和互連，最後被匯聚到光感測區中。FSI技術為2013年前圖像感測器所採用的主流技術，具有已獲證實的大批量生產能力、高可靠性和高良率以及頗具吸引力的性價比等優勢，大大推動了其在手機、筆記本電腦、數碼攝像機和數位相機等眾多領域的套用。
隨著電子行業向輕薄短小的發展趨勢，相應的晶片封裝也起了很大的變化。過去30年中，聚光技術和半導體製造工藝的創新對圖像感測器像素尺寸（Pixelsize）產生了重大影響。例如，最初攜帶型攝像機採用的圖像感測器為2.5微米像素尺寸，而如今，手機相機中感測器的像素尺寸只有1.4微米。2013年前，市場對像素尺寸的需求小至1.1微米、甚至0.65微米。
而由於光波長不變，像素不斷縮小，FSI圖像感測器存在其物理局限性。為了解決這個問題，2013年前採用了背面照度（BSI，back sideil lumination）技術的圖像感測器，如圖1所示，從而有效去除了光路徑上的讀取電路和互連。BSI圖像感測器擁有得到更高量子效率的潛在優勢，前景十分誘人。
所述BSI圖像感測器100，包括影像感測區1、互連層2、平坦層3，以及基底4。所述影像感測區1包括微透鏡11、濾光片12、光感測區13，以及像素區14，所述光感測區13用於將光信號轉換成電信號，其包括光電二極體，所述像素區用於將光電二極體轉換的電信號放大後輸出。為了達到更高像素和效能，在BSI圖像感測器中，所述互連層2由低介電常數材料（low-k材料）和導電金屬組成。其可將BSI圖像感測器所產生的電信號輸出。
然而，因低介電常數材料的材質較脆，故通過2013年1月之前的晶圓級封裝工藝切割晶圓封裝體得到多個獨立的BSI圖像感測器的過程中，容易造成互連層2開裂，使外界水氣侵蝕BSI圖像感測器，影響BSI圖像感測器的性能及信耐性。
發明內容
專利目的
為解決上述技術問題，該發明的目的在於提供一種BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法，該方法通過兩次切割的方式，有效的降低了對互連層的傷害，避免互連層開裂，導致外界水汽侵蝕BSI圖像感測器。
技術方案
《BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法》所述方法包括以下步驟：通過第一切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第一次切割，分離相鄰的BSI圖像感測器的互連層；通過第二切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第二次切割，以獲得多個獨立的BSI圖像感測器；其中，所述第一切刀硬度大於所述第二切刀。
作為該發明的進一步改進，所述第一切刀為金屬刀，所述第二切刀為樹脂刀。作為該發明的進一步改進，所述第一切刀的寬度大於所述第二切刀。作為該發明的進一步改進，在所述“通過第二切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第二次切割，以獲得多個獨立的BSI圖像感測器”步驟前，還包括：在BSI圖像感測器晶圓的第二面一側的最外層形成第二絕緣層。
作為該發明的進一步改進，在“通過第一切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第一次切割，分離相鄰的BSI圖像感測器的互連層”步驟前，還包括：在BSI圖像感測器晶圓的矽基底上形成焊墊開口和切割道開口，所述焊墊開口暴露出設定於互連層的焊墊，所述切割道開口暴露出互連層；在矽基底的表面上形成第一絕緣層。
為實現上述發明目的，該發明提供另一種BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法，該方法包括以下步驟：通過雷射對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行劃線切割，分離相鄰的BSI圖像感測器的互連層；通過切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第二次切割，以獲得多個獨立的BSI圖像感測器。
作為該發明的進一步改進，所述切刀為樹脂刀。作為該發明的進一步改進，在所述“通過切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第二次切割，以獲得多個獨立的BSI圖像感測器”步驟前，還包括：在BSI圖像感測器晶圓的第二面一側的最外層形成第二絕緣層。
作為該發明的進一步改進，在“通過雷射對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行劃線切割，分離相鄰的BSI圖像感測器的互連層”步驟前，還包括：在BSI圖像感測器晶圓的矽基底上形成焊墊開口和切割道開口，所述焊墊開口暴露出設定於互連層的焊墊，所述切割道開口暴露出互連層；在矽基底的表面上形成第一絕緣層。
改善效果
與2013年1月之前的技術相比，《BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法》有效的提升了封裝後得到的BSI圖像感測器的性能及信賴性。
附圖說明
圖1是2013年1月之前的BSI圖像感測器的中心部分結構示意圖。
圖2是該發明一實施方式中BSI圖像感測器晶圓的結構示意圖。
圖3是該發明一實施方式中晶圓級封裝基底的結構示意圖。
圖4是該發明一實施方式中BSI圖像感測器晶圓封裝體的結構示意圖。
圖5是該發明一實施方式中BSI圖像感測器晶圓封裝體上形成開口後的結構示意圖。
圖6是圖5中虛線A部分的俯視圖。
圖7是該發明一實施方式中BSI圖像感測器晶圓封裝體上形成第一絕緣層後的結構示意圖。
圖8是該發明一實施方式中BSI圖像感測器晶圓封裝體上形成電連線線路後的結構示意圖。
圖9是該發明第一實施方式中BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法的流程圖。
圖10是該發明第一實施方式中對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第一次切割後的結構示意圖。
圖11是該發明第一實施方式中BSI圖像感測器晶圓封裝體上形成第二絕緣層後的結構示意圖。
圖12是該發明第一實施方式中對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第二次切割後的結構示意圖。
圖13是該發明第二實施方式中BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法的流程圖。
圖14是該發明第二實施方式中對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第一次切割後的結構示意圖。
圖15是該發明第二實施方式中BSI圖像感測器晶圓封裝體上形成第二絕緣層後的結構示意圖。
圖16是該發明第二實施方式中對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第二次切割後的結構示意圖。
權利要求
1.《BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法》其特徵在於，所述方法包括：通過第一切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第一次切割，分離相鄰的BSI圖像感測器的互連層；通過第二切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第二次切割，以獲得多個獨立的BSI圖像感測器；其中，所述第一切刀硬度大於所述第二切刀。
2.根據權利要求1所述的BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法，其特徵在於，所述第一切刀為金屬刀，所述第二切刀為樹脂刀。
3.根據權利要求1所述的BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法，其特徵在於，所述第一切刀的寬度大於所述第二切刀。
4.根據權利要求3所述的BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法，其特徵在於，在所述“通過第二切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第二次切割，以獲得多個獨立的BSI圖像感測器”步驟前，還包括：在BSI圖像感測器晶圓的第二面一側的最外層形成第二絕緣層。
5.根據權利要求1所述的BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法，其特徵在於，在“通過第一切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第一次切割，分離相鄰的BSI圖像感測器的互連層”步驟前，還包括：在BSI圖像感測器晶圓的矽基底上形成焊墊開口和切割道開口，所述焊墊開口暴露出設定於互連層的焊墊，所述切割道開口暴露出互連層；在矽基底的表面上形成第一絕緣層。
6.一種BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法，其特徵在於，所述方法包括：通過雷射對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行劃線切割，分離相鄰的BSI圖像感測器的互連層；通過切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第二次切割，以獲得多個獨立的BSI圖像感測器。
7.根據權利要求6所述的BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法，其特徵在於，所述切刀為樹脂刀。
8.根據權利要求6所述的BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法，其特徵在於，在所述“通過切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第二次切割，以獲得多個獨立的BSI圖像感測器”步驟前，還包括：在BSI圖像感測器晶圓的第二面一側的最外層形成第二絕緣層。
9.根據權利要求6所述的BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法，其特徵在於，在“通過雷射對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行劃線切割，分離相鄰的BSI圖像感測器的互連層”步驟前，還包括：在BSI圖像感測器晶圓的矽基底上形成焊墊開口和切割道開口，所述焊墊開口暴露出設定於互連層的焊墊，所述切割道開口暴露出互連層；在矽基底的表面上形成第一絕緣層。
實施方式
在該發明一實施方式中，所述BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法包括：形成BSI圖像感測器晶圓，如圖2所示，具體地，其包括：提供一片矽基底10，所述矽基底10包括第一面和與第一面相對的第二面，所述矽基底10的第二面，即為所述BSI圖像感測器晶圓的第二面。在所述矽基底10的第一面製作互連層20，以及位於所述互聯層20上的多個圖像感測區201和多個與圖像感測區201配合的焊墊203。
形成BSI圖像感測器基底，如圖3所示，具體地，其包括：提供一片透光基底30，所述透光基底30包括第一面和與第一面相對的第二面。由所述透光基底30第二面向第一面通過光刻工藝形成多個間隔設定的空心牆301。形成BSI圖像感測器晶圓封裝體，如圖4所示，具體地，將所述BSI圖像感測器晶圓的互連層20所在的那面和所述晶圓級封裝基底的空心牆301壓合，形成所述BSI圖像感測器晶圓封裝體，所述BSI圖像感測器晶圓封裝體包括多個連線在一起的BSI圖像感測器。
壓合完成後，對所述矽基底10的第二面進行研磨減薄。如圖5、圖6所示，並在減薄後，在所述矽基底10的第二面採用光刻及等離子蝕刻技術形成多個焊墊開口101，以及多個切割道開口103。其中，所述焊墊開口101可暴露出所述焊墊203，所述切割道開口103可暴露出所述互連層20。優選地，在該發明一實施方式中，還包括一凹槽開口105，所述焊墊開口101設定於所述凹槽開口105內。該領域技術人員可知，所述切割道開口是設定於兩相鄰的BSI圖像感測器之間的，其主要用於分割連線在一起的BSI圖像感測器。一般地，其設定於兩相鄰的BSI圖像感測器的相鄰焊墊之間。在此不再贅述。
在光刻及等離子蝕刻後的矽基底10的表面上通過氣相沉積技術形成第一絕緣層40。所述表面為暴露出所述矽基底的所有面。具體地，如圖7所示，所述第一絕緣層40覆蓋於所述矽基底10的第二面及焊墊開口101、切割道開口103、凹槽開口105的側壁上。
在所述第一絕緣層40及暴露的焊墊表面通過光刻、電鍍形成電連線線路50。如圖8所示，所述電連線線路50還形成於暴露的互連層20表面。在完成上述工藝後，可通過該發明第一實施方式或第二實施方式對所述BSI圖像感測器晶圓封裝體進行切割。具體將在下述進行詳細說明。
如圖9所示，在該發明第一實施方式中，所述BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法包括：如圖10所示，通過第一切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第一次切割，分離相鄰的BSI圖像感測器的互連層；具體的，所述第一切刀沿著所述切割道開口向所述互連層方向進行切割。優選地，所述第一次切割深度可控制在切至部分空心牆301即可。所述切割至部分空心牆301代表並未將空心牆301分離。因互連層20及平坦層（圖10中未示出）的材質較脆，延展性、韌性較差，所以進行第一次切割的第一切刀為硬度較大的刀，這樣，即可降低對互連層20和平坦層的傷害，避免所述互連層20和平坦層開裂。優選地，第一切刀為金屬刀。
如圖11、12所示，在所述矽基底10的第二面一側的最外層形成第二絕緣層60，以及電性連線所述電連線線路50的多個焊球70；即是，在暴露的部分第一絕緣層40表面、電連線線路50表面、以及第一切刀切割的開口內壁上均形成第二絕緣層60。沿第一次切割的切割開口向所述透光基底方向，通過第二切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第二次切割，以獲得多個獨立的BSI圖像感測器。第二切刀可選擇材質較第一切刀軟的刀。優選地，可選用適合切割透光基底30的材質的樹脂刀為第二切刀，以避免硬度大於所述第二切刀的第一切刀對所述透光基底30造成傷害，也避免引起所述透光基底30邊緣崩裂。
如此，通過該發明第一實施方式的BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法，降低了切割對晶圓互連層、平坦層及透明基底的傷害，避免互連層、平坦層、透明基底開裂，也降低了外界水汽侵蝕BSI圖像感測器的問題。有效的提升了BSI圖像感測器的性能及信賴性。另外，在該發明第一實施方式中，所述第一切刀的寬度大於所述第二切刀。這樣，在切割後，所述BSI圖像感測器的側面可形成階梯型結構，並且藉由第一次切割後形成的所述第二絕緣層60將暴露於外部的互連層20和平坦層包覆，避免了互連層20和平坦層直接與空氣接觸，大幅度的提升了BSI圖像感測器的性能及信賴性。
如圖13所示，在該發明第二實施方式中，所述BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法包括：如圖14所示，通過雷射對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第一次切割，分離相鄰的BSI圖像感測器的互連層；優選地，所述第一次切割為劃線切割，所述雷射沿著所述切割道開口兩側壁向所述互連層方向進行切割。其劃線切割深度可控制在切割至部分空心牆301即可。所述切割至部分空心牆301代表並未將空心牆301分離。因互連層20及平坦層的材質較脆，延展性、韌性較差，所以通過雷射進行劃線切割可降低對互連層20和平坦層的傷害，避免所述互連層20和平坦層開裂。
如圖15所示，在所述矽基底10的第二面一側的最外層形成第二絕緣層60，以及電性連線所述電連線線路50的多個焊球70；即是，在暴露的部分第一絕緣層40表面、電連線線路50表面、以及雷射劃線切割的V字形凹槽開口內壁上均形成第二絕緣層60。
如圖16所示，在劃線切割的兩線之間，通過切刀對BSI圖像感測器晶圓封裝體進行第二次切割，以獲得多個獨立的BSI圖像感測器。具體地，所述切刀切割從所述切割道開口表面開始切割，經過互連層20、平坦層、第一絕緣層40、透明基底30後，將所述BSI圖像感測器晶圓封裝體分割為多個獨立的BSI圖像感測器。優選地，可選用適合切割透光基底30的材質的樹脂刀為切刀，以避免硬度大於所述切刀的金屬刀對所述透光基底30造成傷害，使所述透光基底30開裂。儘管通過該切刀切割的互連層20和平坦層有可能開裂。但因雷射劃線切割已經將相鄰的BSI圖像感測器的互連層分離，故其開裂的互連層20和平坦層並不影響所述BSI圖像感測器的性能和信賴性。
如此，通過該發明第二實施方式的BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法，降低了切割對互連層、平坦層及透明基底的傷害，避免互連層、平坦層、透明基底開裂，也降低了外界水汽侵蝕BSI圖像感測器的問題。有效的提升了BSI圖像感測器的性能及信賴性。另外，在該發明第二實施方式中，由於第一次切割是通過雷射在每個切割道開口的兩側壁進行劃線切割，這樣，在切割後，會形成V字形的凹槽開口，並且藉由第一次切割後形成的所述第二絕緣層60將V字形的凹槽開口內暴露的互連層20和平坦層包覆，避免了互連層20和平坦層直接與空氣接觸，更大幅度的提升了BSI圖像感測器的性能及信賴性。
榮譽表彰
2017年12月11日，《BSI圖像感測器的晶圓級封裝方法》獲得第十九屆中國專利優秀獎。
