本發明專利技術的名稱為背照式圖像傳感器的低應力腔體封裝及其制作方法。圖像傳感器封裝包括圖像傳感器芯片和晶體處理體。圖像傳感器芯片包括襯底以及在襯底的正面的多個光檢測器和接觸片。晶體處理體包括相對的第一和第二表面以及形成到第一表面中的腔體。柔順介電材料布置在腔體中。圖像傳感器正面附連到晶體襯底處理體第二表面。多個電互連各包括：與接觸片之一對齊的孔，其中，第一部分從第二表面延伸到腔體，而第二部分貫穿柔順介電材料；絕緣材料層，沿孔的第一部分的側壁形成；以及導電材料，貫穿孔的第一和第二部分，并且電耦合到一個接觸片。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及微電子器件的封裝，并且更具體來說，涉及光半導體器件的封裝。
技術介紹
半導體器件的趨勢是封裝在較小封裝(封裝保護芯片，同時提供芯片外信號連通性)中的更小的集成電路(IC)器件(又稱作芯片)。一個示例是圖 像傳感器，圖像傳感器是包括光檢測器的IC器件，光檢測器將入射光變換為電信號(它們以良好空間分辨率來準確反映入射光的強度和顏色信息)。一種圖像傳感器類型是前照式(FSI)圖像傳感器，前照式圖像傳感器具有在其之上構建電路的硅芯片上形成的光檢測器。將濾色器和微透鏡添加在電路之上。通過FSI圖像傳感器，光線在到達光檢測器之前經過電路層。FSI圖像傳感器的一個限制在于，電路層限制各像素的孔徑。隨著像素尺寸因更大數量的像素和更小芯片尺寸的需求而縮減，像素面積與總傳感器面積之比減小，這降低傳感器的量子效率(QE)。另一種類型的圖像傳感器是背照式(BSI)圖像傳感器。BSI圖像傳感器配置成使得光線通過芯片的背面(襯底側)進入。光線經過硅襯底并且傳到光檢測器，而無需經過任何電路層。BSI圖像傳感器的優點在于，避免了電路層，并且因而不需要以足以允許光線傳到每個光檢測器的間隙來形成電路層。但是，隨著光路通過使用BSI傳感器而變得更短，微透鏡變得更厚(即，以便在更短距離實現用于聚焦的更短焦距)。當前，板上芯片(COB)和Shellcase晶圓級CSP過程是用于FSI圖像傳感器架構的最主流封裝和組裝過程。但是，隨著市場從FSI轉向其中接觸片(contact pad)和成像區域這時布置在芯片/晶圓的相對側的BSI傳感器，COB和Shellcase WLCSP技術將在封裝和組裝這類BSI傳感器方面面臨重大難題。
技術實現思路
本專利技術是用于BSI圖像傳感器的新晶圓級、低應力封裝。圖像傳感器封裝包括圖像傳感器芯片和晶體處理體。圖像傳感器芯片包括具有相對正面和背面的襯底、在正面所形成的多個光檢測器以及在正面所形成的與光檢測器電耦合的多個接觸片。晶體處理體具有相對的第一和第二表面以及形成到第一表面中的腔體，其中柔順介電材料(compliantdielectric material)布置在腔體中，并且其中圖像傳感器芯片襯底正面附連到晶體襯底處理體(crystalline substrate handler)第二表面。晶體處理體包括多個電互連，多個電互連的每個包括與接觸片之一對齊的孔，其中第一部分從第二表面延伸到腔體，而第二部分貫穿柔順介電材料；絕緣材料層，沿孔的第一部分的側壁形成；以及導電材料，貫穿孔的第一和第二部分，其中導電材料電耦合到一個接觸片。—種形成圖像傳感器封裝的方法包括提供圖像傳感器芯片(圖像傳感器芯片包括具有相對的正面和背面的襯底、在正面所形成的多個光檢測器以及在正面所形成的與光檢測器電耦合的多個接觸片)，提供具有相對的第一和第二表面的晶體處理體，將圖像傳感器芯片襯底正面附連到晶體處理體第二表面，將腔體形成到第一表面中，在腔體中形成柔順介電材料，以及形成多個電互連。每個電互連通過下列步驟來形成形成第一部分從第二表面延伸到腔體并且第二部分貫穿柔順介電材料的孔，其中孔與接觸片之一對齊；沿孔的第一部分的側壁形成絕緣材料層；以及形成貫穿孔的第一和第二部分的導電材料，其中導電材料電耦合到一個接觸片。通過審閱本說明書、權利要求書和附圖，本專利技術的其它目的和特征將變得顯而易見。附圖說明圖1-6是依次示出處理BSI圖像傳感器的封裝結構中的步驟的半導體封裝結構的截面側視圖。圖7-11是依次示出處理帶有集成處理器的BSI圖像傳感器的封裝結構中的步驟的半導體封裝結構的一個備選實施例的截面側視圖。 具體實施例方式本專利技術是對于BSI圖像傳感器是理想的晶圓級、低應力封裝解決方案。下面描述低應力封裝解決方案的形成。形成過程開始于如圖I所示的BSI圖像傳感器芯片10，BSI圖像傳感器芯片包括其上形成多個光檢測器14(及配套電路)連同接觸片16的襯底12。光檢測器14(及配套電路)和接觸片16在襯底12面向下的表面(正面)形成，如圖I所示。優選地，所有配套電路在光檢測器14之下形成，使得它沒有阻礙穿過襯底10的光線到達光檢測器14。接觸片16電連接到光檢測器(和/或其配套電路)，用于提供芯片外信號。每個光檢測器將進入芯片的那個背側(圖I中的面向上表面)的光能轉換成電壓信號。可包含芯片上的附加電路以放大電壓，和/或將其轉換成數字數據。這種類型的BSI圖像傳感器是本領域眾所周知的，并且本文不作進一步描述。通過將包含光檢測器14(及配套電路)和接觸片16的襯底12的表面接合到晶體處理體18的表面，將BSI圖像傳感器芯片10安裝到晶體處理體18，如圖2所示。通過將接合材料20分配在處理體18與襯底12之間，并且然后將其壓制在一起，來實現接合。接合材料能夠包括聚合物膠、聚酰亞胺、低溫熔融玻璃等。一種優選的非限制性技術能夠包括將聚酰亞胺電介質20分配在處理體18與襯底12之間，使處理體18和襯底12旋轉以便保形延展(conformal spreading)兩個晶圓之間的聚酰亞胺20,以及加熱固化(例如450°C,取決于材料性質)。如果尚未進行，則還可通過硅蝕刻使襯底12變薄(例如降到低至大約50 μ m的厚度，其中光檢測器14的厚度低至大約5-10 μ m)。所產生結構如圖2所示。濾色器22和微透鏡24安裝到襯底12的背面(即，其上形成光檢測器14的相對表面)。抗反射涂層還能夠施加到或者包含在微透鏡24上。然后，玻璃蓋片(glass cover) 26附連到襯底12 (并且在濾色器/微透鏡22/24之上)。蓋片26包括預成型腔體28，以便接納和密封濾色器/微透鏡22/24。玻璃蓋片26的附連優選地通過分配環氧樹脂薄層(即， Iym)之后接著帶壓力的低溫接合來實現。隨后，腔體30在處理體18中形成。能夠通過使用激光、等離子體蝕刻過程、噴砂過程、機械研磨過程或者任何其它類似方法來形成腔體30。優選地，腔體30通過光刻等離子體蝕刻來形成，光刻等離子體蝕刻包括在處理體18上形成光致抗蝕劑層，對光致抗蝕劑層圖形化以露出處理體18的選擇部分，以及然后執行等離子體蝕刻過程(例如使用SF6等離子體)以去除處理體18的外露部分，從而形成腔體30。優選地，腔體延伸不超過晶體襯底厚度的3/4，或者在腔體的最薄部分至少留下大約50 μ m的最小厚度。等離子體蝕刻能夠是各向異性的、逐漸變細的(tapered)、各向同性的或者它們的組合。所產生結構如圖3所示。然后,使用例如旋涂過程、噴涂過程、點膠過程(dispense process)、電化學沉積過程、層疊過程或者任何其它類似方法，采用柔順介電材料32來填充腔體30。柔順電介質是較軟材料(例如焊接掩模)，它在所有三個正交方向均呈現柔順性，并且能夠適應晶體襯底( 2. 6ppm/°C )與Cu ( 17ppm/°C )互連之間的熱膨脹系數(CTE)失配。柔順介電材料32優選地是聚合物，例如BCB (苯并環丁烯)、焊接掩模、焊接抗蝕劑或BT環氧樹脂。然后,通過介電材料32、晶體處理體18的較薄部分以及接合材料20來形成孔34，以便露出接觸片16。能夠通過將CO2激光器(例如大約70 μ m的光斑大小)用于較大尺寸的孔34或者將UV激本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種圖像傳感器封裝，包括：圖像傳感器芯片，包括：具有相對的正面和背面的襯底，在所述正面所形成的多個光檢測器，以及在與所述光檢測器電耦合的所述正面所形成的多個接觸片；晶體處理體，具有相對的第一和第二表面以及形成到所述第一表面中的腔體，其中柔順介電材料布置在所述腔體中，并且圖像傳感器芯片襯底正面附連到晶體襯底處理體第二表面；所述晶體處理體包括多個電互連，各包括：與所述接觸片之一對齊的孔，其中第一部分從所述第二表面延伸到所述腔體，而第二部分貫穿所述柔順介電材料，沿所述孔的第一部分的側壁所形成的絕緣材料層，以及貫穿所述孔的所述第一和第二部分的導電材料，其中所述導電材料電耦合到一個接觸片。
【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：V·奧加涅相，
申請(專利權)人：奧普蒂茲公司，
類型：發明
國別省市：
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