图像传感器的晶圆级封装方法

摘要

本发明提供了一种图像传感器的晶圆级封装方法。该封装方法包括下述步骤：a.在玻璃基板上形成滤光膜；b.切割所述玻璃基板以获得分离的滤光玻璃片，其中，所述玻璃基板或所述滤光玻璃片被检测以确定其中是否具有缺陷；c.在图像传感器晶圆的感光面粘接缺陷少于预定数量的滤光玻璃片；d.切割所述图像传感器晶圆以获得分离的图像传感器芯片。

权利要求

1.一种图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，包括下述步骤：a.在玻璃基板上形成滤光膜；

b.切割所述玻璃基板以获得分离的滤光玻璃片，其中，所述玻璃基板或所述滤光玻璃片被检测以确定其中是否具有缺陷；

c.在图像传感器晶圆的感光面粘接缺陷少于预定数量的滤光玻璃片；

d.切割所述图像传感器晶圆以获得分离的图像传感器芯片；

其中，每个所述滤光玻璃片的尺寸与所述图像传感器晶圆上的感光阵列的尺寸匹配；

所述步骤c还包括：

在所述图像传感器晶圆的感光面一侧制作支撑侧墙；通过所述支撑侧墙与粘合剂将所述滤光玻璃片粘接到所述图像传感器晶圆的感光面一侧，其中，所述滤光玻璃片被支撑在所述感光阵列上，并且不和所述感光阵列直接接触。

2.根据权利要求1所述的晶圆级封装方法，其特征在于，所述步骤a包括：采用物理气相沉积方式形成所述滤光膜。

3.根据权利要求2所述的晶圆级封装方法，其特征在于，所述步骤a进一步包括：采用物理气相沉积方式在所述玻璃基板上交替沉积多层氧化钛与氧化硅以形成所述滤光膜。

4.根据权利要求1所述的晶圆级封装方法，其特征在于，在所述步骤b之后，所述方法还包括：清洗所述滤光玻璃片。

5.根据权利要求1所述的晶圆级封装方法，其特征在于，所述步骤b包括：扫描所述玻璃基板或所述滤光玻璃片以确定其中的缺陷。

6.根据权利要求5所述的晶圆级封装方法，其特征在于，所述确定缺陷的步骤进一步包括：将所扫描的玻璃基板影像或滤光玻璃片影像与参考影像进行比较以确定缺陷。

7.根据权利要求5所述的晶圆级封装方法，其特征在于，在所述确定缺陷的步骤之后，还包括：标记缺陷不少于预定数量的滤光玻璃片。

8.根据权利要求1所述的晶圆级封装方法，其特征在于，在所述步骤d之前，还包括：将所述图像传感器晶圆的输出引脚连接到所述图像传感器晶圆背面的焊盘。

说明书

图像传感器的晶圆级封装方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种图像传感器的晶圆级封装方法。

背景技术

[0002] 图像传感器是一种能够感受外部光线并将其转换成电信号的传感器。图像传感器通常采用半导体制造工艺进行芯片制作。在图像传感器芯片制作完成后，再通过对图像传感器芯片进行一系列封装工艺从而形成封装好的图像传感器，以用于诸如数码相机、数码摄像机等等的各种电子设备。

[0003] 图1示出了一种图像传感器的封装结构。如图1所示，该封装结构包括：图像传感器芯片11、封装玻璃12、滤光玻璃片13、光学镜头14以及支架15。其中，封装玻璃12被支撑侧墙16支撑在图像传感器芯片11的感光面一侧，以保护其下的感光区域17。滤光玻璃片13和光学镜头14被通过支架15支撑在封装玻璃12上方，以用于在光线成像前，预先对光线进行相应的光学处理。其中，根据构成材料的不同，滤光玻璃片13上的滤光膜能够滤除不同波长的光线，例如红外光，以提高图像传感器芯片11的成像质量。

[0004] 然而，附加的滤光玻璃片13会增加图像传感器封装结构的厚度。特别是在当今电子设备日益小型化、便携化的情况下，这要求封装好的图像传感器的体积要小，特别是封装结构的整体高度能够尽可能小，以便减少集成有该结构的电子设备的整体厚度。

[0005] 此外，附加了滤光玻璃片13的图像传感器的工艺良率较低，这使得其制作成本增加。

发明内容

[0006] 因此，需要一种能够减小图像传感器封装结构体积、并且成本较低的图像传感器的封装方法。

[0007] 本发明的发明人发现，传统图像传感器中采用的滤光玻璃片的滤光膜是通过多次物理气相沉积的方式来制作的。难以避免地，物理气相沉积会在滤光膜中引入杂质颗粒，从而在其中产生缺陷，并且多次的物理气相沉积会进一步放大这种缺陷。滤光玻璃片上的缺陷会影响图像传感器芯片的成像。如果缺陷数量过多，则封装后的图像传感器无法使用，这造成了封装工艺良率下降，并且导致制作成本增加。

[0008] 为了更好地解决上述问题中的一个或多个，在本发明的一个方面，提供了一种图像传感器的晶圆级封装方法，包括下述步骤：a.在玻璃基板上形成滤光膜；b.切割所述玻璃基板以获得分离的滤光玻璃片，其中，所述玻璃基板或所述滤光玻璃片被检测以确定其中是否具有缺陷；c.在图像传感器晶圆的感光面粘接缺陷少于预定数量的滤光玻璃片；d.切割所述图像传感器晶圆以获得分离的图像传感器芯片。

[0009] 在上述封装方法中，滤光玻璃片或玻璃基板会在粘接到图像传感器晶圆上之前被检测，以预先去除缺陷数量过多的滤光玻璃片，因而不会因粘接了不符合要求的滤光玻璃片而造成图像传感器芯片的损失。因此，上述封装方法能够有效提高封装工艺良率，并降低制作成本。此外，在该封装方法中，由于直接采用带有滤光膜的滤光玻璃片保护图像传感器的感光区域，因而不再需要封装玻璃，这大大减小了封装后图像传感器的高度，从而减小了图像传感器封装结构的体积。

[0010] 在一个实施例中，所述步骤a包括：采用物理气相沉积方式形成所述滤光膜。

[0011] 在一个实施例中，所述步骤a进一步包括：采用物理气相沉积方式在所述玻璃基板上交替沉积多层氧化钛与氧化硅以形成所述滤光膜。

[0012] 在一个实施例中，在所述步骤b之后，所述方法还包括：清洗所述滤光玻璃片。

[0013] 在一个实施例中，所述步骤b包括：扫描所述玻璃基板或所述滤光玻璃片以确定其中的缺陷。

[0014] 在一个实施例中，所述确定缺陷的步骤进一步包括：将所扫描的玻璃基板影像或滤光玻璃片影像与参考影像进行比较以确定缺陷。

[0015] 在一个实施例中，在所述确定缺陷的步骤之后，还包括：标记缺陷不少于预定数量的滤光玻璃片。

[0016] 在一个实施例中，所述步骤c包括：在所述图像传感器晶圆的感光面一侧制作支撑侧墙；通过所述支撑侧墙与粘合剂将所述滤光玻璃片粘接到所述图像传感器晶圆的感光面一侧。

[0017] 在一个实施例中，在所述步骤d之前，还包括：将所述图像传感器晶圆的输出引脚连接到所述图像传感器晶圆背面的焊盘。

[0018] 上文已经概括而非宽泛地给出了本发明内容的特征。本发明内容的附加特征将在此后描述，其形成了本发明权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，可以容易地使用所公开的构思和具体实施方式，作为修改或设计其他结构或者过程的基础，以便执行与本发明相同的目的。本领域技术人员还应当理解，这些等同结构没有脱离所附权利要求书中记载的本发明的主旨和范围。

附图说明

[0019] 为了更完整地理解本公开以及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中：

[0020] 图1示出了传统图像传感器的封装结构；

[0021] 图2示出了根据本发明一个实施例的图像传感器的晶圆级封装方法100的流程；

[0022] 图3至图9示出了采用图2的封装方法100的一个例子的剖面示意图；

[0023] 图10至12即示出了封装方法100另一种可选的输出引脚连接方式。

[0024] 除非指明，否则不同附图中的相应标记和符号一般表示相应的部分。绘制附图是为了清晰地示出本公开内容的实施方式的有关方面，而未必是按照比例绘制的。为了更为清晰地示出某些实施方式，在附图标记之后可能跟随有字母，其指示相同结构、材料或者过程步骤的变形。

具体实施方式

[0025] 下面详细讨论实施例的实施和使用。然而，应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。

[0026] 图2示出了根据本发明一个实施例的图像传感器的晶圆级封装方法100的流程。

[0027] 如图2所示，该封装方法100包括：执行步骤S102，在玻璃基板上形成滤光膜；执行步骤S104，切割玻璃基板以获得分离的滤光玻璃片，其中，该玻璃基板或滤光玻璃片被检测以确定其中是否具有缺陷；执行步骤S106，在图像传感器晶圆的感光面粘接缺陷少于预定数量的滤光玻璃片；执行步骤S108，切割图像传感器晶圆以获得分离的图像传感器芯片。

[0028] 可以看出，由于增加了检测缺陷的步骤S104，因此，缺陷数量过多的滤光玻璃片不会被粘接到图像传感器晶圆上，因而不会造成图像传感器芯片不必要的损失。因此，上述封装方法能够有效提高封装工艺良率，并降低制作成本。此外，在该封装方法中，由于直接将带有滤光膜的滤光玻璃片粘接在图像传感器的感光区域上，因而不再需要封装玻璃，这大大减小了封装后图像传感器的整体高度和体积。

[0029] 图3至图9示出了采用图2的封装方法100的一个例子的剖面示意图。接下来，结合图2以及图3至图9，对本发明的封装方法进行详细说明。

[0030] 如图3所示，提供图像传感器晶圆201，该图像传感器晶圆201中形成有多个图像传感器203，该多个图像传感器203之间还形成有切割道(图中未示出)，以隔离不同的图像传感器203。每个图像传感器203包括一个用于对外部光线进行感光的感光阵列，其共同地分布在图像传感器晶圆201的一侧，即感光面205。通常地，对于每个图像传感器203，其还包括信号处理电路(图中未示出)，该信号处理电路分布在感光阵列的外围，并邻近切割道。在实际应用中，图像传感器感光面205上还形成有介质层以及位于介质层中的互连层(图中未示出)，以将该图像传感器中形成的电路元件引出，其中，该互连层还包括输出引脚207。

[0031] 还提供了玻璃基板209，该玻璃基板209可以具有与图像传感器晶圆201相同或不同的尺寸。接着，在该玻璃基板209上形成滤光膜211。在一些例子中，该滤光膜211是用于滤除红外波段光线的薄膜。相应地，可以采用物理气相沉积方式在玻璃基板209上交替沉积多层氧化钛与氧化硅以形成滤光膜211。所形成的滤光膜211呈多层相间的层叠结构。该物理气相沉积方式包括但不限于蒸发镀膜、溅射镀膜或离子镀膜，等等。可以理解，在一些其他的例子中，玻璃基板209上也可以其他适合的方式形成所需的薄层材料，以构成滤光膜211。

[0032] 此外，从图3中可以看出，在形成滤光膜211的过程中，由于混入杂质颗粒或者镀膜工艺不稳定等原因，所形成的滤光膜211中的部分位置具有缺陷213，其例如表现为具有与周围区域明显不同的厚度或透射率等。缺陷213会影响图像传感器203的感光阵列的成像。不同的缺陷213可能尺寸也不相同。因此，需要对形成有滤光膜211的玻璃基板209进行检测，以确定其中是否具有缺陷。在一些例子中，可以采用光学检测设备来对玻璃基板209进行扫描，以确定其上的缺陷213。例如，可以采用具有光学透镜的摄像头来扫描玻璃基板209，以生成反映玻璃基板209(包括滤光膜211)的缺陷213，特别是滤光膜211中缺陷的位置与尺寸的影像。接着，将扫描生成的影像与参考影像进行比较，借以确定缺陷213的位置和尺寸。或者可选地，也可以直接采用一些图像处理算法来对扫描生成的影像进行处理，以检测其中是否具有缺陷213。通过该检测步骤，玻璃基板209上的缺陷213的数量、尺寸和位置可以确定。由于缺陷213的大小对于图像传感器感光的影响不同，因此，根据不同的应用需求，可以仅将玻璃基板209上尺寸(例如面积、边长或直径)超过某一阈值的点定义为缺陷213。

[0033] 如图4所示，在一些例子中，在确定玻璃基板209上的缺陷之后，再进行切割玻璃基板209的步骤，以将玻璃基板209划分为分离的多个滤光玻璃片。其中，每个滤光玻璃片的尺寸与图像传感器晶圆201上的感光阵列的尺寸基本匹配。在另一些例子中，也可以先进行切割玻璃基板209的步骤；并在将玻璃基板209划分为分离的多个滤光玻璃片之后，再分别地对滤光玻璃片进行检测，以确定其中是否具有缺陷213，以及每个滤光玻璃片中缺陷213的数量、尺寸等。另一方面，在实际应用中，还可以对滤光玻璃片进行标记，例如标记缺陷不少于预定数量的滤光玻璃片，以指示该滤光玻璃片的缺陷数量、质量等级等等，进而指示其是否可以随后粘接到图像传感器上。

[0034] 切割玻璃基板209可以采用激光切割或机械切割方式，或者其他适合的切割方式。对于易于形成切割渣的切割方式，例如机械切割方式，可以在切割玻璃基板209的步骤之后，对滤光玻璃片进行清洗，以移除附着在滤光玻璃片上的切割渣，从而避免其影响滤光玻璃片的质量。

[0035] 在获得分离的滤光玻璃片之后，需要在图像传感器晶圆201的感光面粘接缺陷少于预定数量的滤光玻璃片。其中，每个感光阵列上方粘接一个滤光玻璃片。

[0036] 具体地，如图5所示，可以在图像传感器晶圆201的感光面一侧制作支撑侧墙217。该支撑侧墙217形成在感光阵列外，例如覆盖切割道的位置。在一些例子中，可以采用丝网印刷的方式来形成该支撑侧墙217。在另一些例子中，也可以先在图像传感器晶圆201上涂布一层具有光敏特性的有机聚合物材料。例如，该有机聚合物材料具有被光照后会发生分子粘连并固化的特性。接着，对所涂布的有机聚合物材料的部分区域进行光刻，以图形化该有机聚合物材料。这样，即在感光阵列外形成支撑侧墙217的结构。

[0037] 之后，在支撑侧墙217上涂布粘合剂(图中未示出)，以通过该支撑侧墙217以及粘合剂将滤光玻璃片215粘接到图像传感器晶圆201的感光面一侧。这样，携带有滤光膜211的滤光玻璃片215即被支撑在感光阵列上，并且不和感光阵列直接接触。在图6所示的例子中，滤光玻璃片215具有滤光膜211的一侧被设置为远离图像传感器晶圆201，在其他的例子中，滤光玻璃片215具有滤光膜211的一侧也可以被设置为靠近图像传感器晶圆
201。

[0038] 可选择地，在粘接滤光玻璃片215之后，还可以对图像传感器晶圆201的感光面相对的背面进行减薄，例如通过背面磨削工艺将该图像传感器晶圆201减薄到预定厚度以下，例如200微米以下。

[0039] 接着，如图7所示，在粘接滤光玻璃片215之后，进一步地将图像传感器晶圆201的输出引脚207连接到图像传感器晶圆201背面的焊盘221上。

[0040] 在图7所示的例子中，输出引脚207是通过通孔223连接到焊盘221的。例如，可以从图像传感器晶圆201背面对该图像传感器晶圆201的焊盘区域进行刻蚀，以形成贯穿图像传感器晶圆201的通孔223。然后，再在该通孔223中填充金属材料，例如铜，以经由该金属材料使得输出引脚207从图像传感器晶圆201背面电引出。接着，再在该焊盘区域形成焊接材料，例如锡球等，以在该焊盘区域形成焊盘221。

[0041] 接下来，如图8所示，切割图像传感器晶圆201，以获得分离的图像传感器芯片225。该图像传感器芯片225的正面覆盖了滤光玻璃片215，而其背面也设置了焊盘221。

[0042] 之后，如图9所示，可以进一步地将该图像传感器芯片225安装到印刷电路板227上，并通过支架229将光学镜头231安装到图像传感器芯片225的感光面一侧，从而完成摄像模组的装配。

[0043] 在图3至图9所示的实施例中，图像传感器芯片225中的输出引脚207是通过通孔223连接到焊盘221上的。在实际应用中，也可以采用其他适合的连接方式来对图像传感器芯片225进行封装，以将其输出引脚207电引出。图10至12即示出了另一种可选的输出引脚连接方式。

[0044] 如图10所示，在将滤光玻璃片315粘接到图像传感器晶圆301上之后。对图像传感器晶圆301背面的部分区域进行刻蚀直至露出互连层，以在其背面形成凹槽341。通常地，所刻蚀的区域为图像传感器晶圆301中的各个感光阵列的中间连接部分，即切割道区域，以将其中的输出引脚307露出，其中，切割面通常略微倾斜。

[0045] 然后，如图11所示，在被刻蚀的图像传感器晶圆301的背面沉积绝缘层(图中未示出)。该绝缘层例如可以采用涂布有机材料的方式来形成；或者可以通过沉积介电材料，例如氧化硅的方式来形成。之后，再在该绝缘层上沉积金属材料以形成金属层343，例如采用溅射等物理气相沉积工艺在绝缘层上沉积铜或铝。该金属层343亦会覆盖凹槽341的侧壁与底部。

[0046] 随后，如图12所示，部分刻蚀该金属层以形成多根导电引线345。该导电引线345分别经由凹槽341的切割面从图像传感器晶圆301背面延伸至图像传感器晶圆301的感光面，从而将各个输出引脚307引出至图像传感器晶圆301背面的预定区域，该预定区域用于作为设置焊盘的焊盘区域。接下来，再在该焊盘区域形成焊接材料，例如锡球等，以在该焊盘区域形成焊盘321。

[0047] 尽管在附图和前述的描述中详细阐明和描述了本发明，应认为该阐明和描述是说明性的和示例性的，而不是限制性的；本发明不限于所上述实施方式。

[0048] 那些本技术领域的一般技术人员可以通过研究说明书、公开的内容及附图和所附的权利要求书，理解和实施对披露的实施方式的其他改变。在权利要求中，措词“包括”不排除其他的元素和步骤，并且措辞“一”、“一个”不排除复数。在发明的实际应用中，一个零件可能执行权利要求中所引用的多个技术特征的功能。权利要求中的任何附图标记不应理解为对范围的限制。