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      利用硅通孔接點的cmos圖像傳感器晶片層級封裝及其制造方法

      文檔序號:6869347閱讀:159來源:國知局
      專利名稱:利用硅通孔接點的cmos圖像傳感器晶片層級封裝及其制造方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明是有關(guān)于一種互補式金氧半導體(CMOS)圖像傳感器的晶片層 級封裝以及其制造方法;特定言之,本發(fā)明是有關(guān)于一種CMOS圖像傳感 器的晶片層級封裝,以及其的制造方法,此方法是在一晶片的正面形成多 個圖像感測組件,其包括形成一感測單元及一電極接墊,并形成一硅通孔 接點(a silicon via contact)其可將該電極接墊直接連接到該晶片的一背面, 以及藉由在該晶片背面上外露的硅通孔接點上形成一焊錫凸塊(a solder bump),以及將該焊錫凸塊連接到 一 印刷電路板(PCB)來形成該晶片層級封 裝。
      背景技術(shù)
      一般而言,圖像傳感器是一種半導體模塊,其是用以將一光學圖像轉(zhuǎn) 換成電子信號,并且儲存圖像信號和將其傳輸至一顯示裝置。
      圖像傳感器大致可分為兩種類別, 一 種是電荷耦合裝置 (charge-coupled device, CCD)圖像傳感器,另一種則是CMOS圖像傳感 器。CCD圖像傳感器能藉由在電荷傳輸方向連續(xù)地控制位能阱的深度而傳 送電荷。CMOS圖像傳感器則是藉由使用一或多個晶體管以及一個在像素 單元胞中的光電二極管而感測圖像,其中該光電二極管是作為光傳感器。
      由于CCD圖像傳感器的噪聲低且圖像質(zhì)量優(yōu)于CMOS圖像傳感器, 因而CCD圖像傳感器適用于數(shù)字照相機。相反地,CMOS圖像傳感器相 較于CCD圖像傳感器其耗能大致上較少及制造成本較低,并易于和外圍電 路芯片整合。尤其是,CMOS圖像傳感器可用傳統(tǒng)的半導體生產(chǎn)技術(shù)制造, 能和外圍執(zhí)行放大和處理信號的系統(tǒng)輕易整合,因而制造成本較低。此外,
      CMOS圖像傳感器的運轉(zhuǎn)速度較快且耗能約僅為CCD圖像傳感器的1%。 因此,CMOS圖像傳感器已被應用在照相手機及個人數(shù)字助理(PDA)。
      不過,隨著CMOS圖像傳感器的技術(shù)日漸開發(fā),CMOS圖像傳感器 與CCD圖像傳感器在技術(shù)上的優(yōu)劣形勢漸有消長。CMOS圖像傳感器技 術(shù)的發(fā)展速度大增。例如,以往CMOS圖像傳感器是用于VGA照相手機 的圖像傳感器;不過,近年來CMOS圖像傳感器已可應用在高于2-mega 像素的照相手機的圖像傳感器。
      同時,目前已發(fā)展出 一種模塊化制程以焊線接合方式使用圖像感測芯 片封裝。不過,由于該焊線接合制程會產(chǎn)生外來物質(zhì)而造成感測窗有影像 缺陷,使模塊組裝制程的產(chǎn)率降低,且由于模塊的深度、寬度及高度均變 大,而使該模塊的體積不易縮小。
      近年來,覆晶柔性電路板(chip on flexible PCB, COF)技術(shù)開始被應用 在新的照相機模塊方法。其中,COF技術(shù)是使用通常應用在制造液晶顯示 器(LCD)面板的異方向性導電膜(anisotropic conductive film, ACF)。
      在韓國專利申請案第2003-0069321號中揭示一種在晶片狀態(tài)下完成 封裝的覆晶金凸塊制程,和一種運用COF安裝技術(shù)的圖像組件封裝以及其 制造方法。
      圖1是一使用先前技藝的CMOS圖像傳感器芯片的照相機模塊。 在圖1中,CIS芯片105上形成的一金凸塊120b是經(jīng)由一異方性導 電膜104的一導電球連接到一柔性電路板(FPC)103的一外部電極接墊 120a上,如此而完成一CIS芯片105的聯(lián)接。其后,該照相機模塊再加 上一鏡片100、 一鏡頭外殼101及一紅外線濾光片(未顯示)。依此方式, 藉由該異方性導電膜,CIS芯片105可直接黏附在該FPC103上而無需額 外的CIS封裝。
      不過,在上述覆晶方法中,由于所使用的感測圖像的感測窗106正對 著該異方向性導電膜104,當CIS芯片105與FPC103附接時,由異方向 性導電膜104和FPC所產(chǎn)生的異物會進入CIS芯片的感測窗106。因此,
      產(chǎn)率會大幅降低。
      為了解決上述問題,以色列公司Shellcase發(fā)展出一種新技術(shù)。根據(jù) Shellcase的技術(shù),晶片是經(jīng)過蝕刻處理,且在該晶片的背面有一電極(其 是連接到在與該晶片的感測單元同一表面上的一電極墊片)延伸,而使CIS芯片的感測單元朝向與異方位薄膜相反的方向,以便黏附到一 FPC。
      圖2至圖6是顯示Shellcase制造該CIS封裝的制程的剖面圖。
      參考圖2,經(jīng)由一預定的制造制程,在晶片200的一正面200a上形 成多個CIS組件例如一電極接墊201及一感測圖像用的感測單元202。在 完成下述的制造圖像感測封裝制程之后,即沿著切割線250裁切芯片。
      其后,如圖3所示,在該晶片200的該正面以一環(huán)氧樹脂203蓋在一 第一玻璃基板204上。
      其次,參考圖4,將晶片200從背面200b蝕刻直到該電極接墊201(位 在該晶片200的正面)夕卜露如圓形206所示之后,再使用環(huán)氧樹脂203a將 一第二玻璃基板207私附其上。
      其次,如圖5所示,將該第二玻璃基板207經(jīng)過蝕刻,在形成及圖案 化一電導體后,便形成一外部電極208。該外部電極208則與該電極接墊 201形成一 T-接頭209。
      其后,如圖6所示,在一部份區(qū)域外露之后,在此將形成一焊錫凸塊, 在該第二玻璃基板207和該外部電極208上沉櫝一層絕緣層211并予以圖 案化,即形成一焊錫凸塊210,并沿著切割線250切割晶片200使芯片分 開。
      此后,透過一預設的制程,便可組成一圖像裝置模塊,例如照相機。 不過,在上述制造圖像傳感器封裝的方法中,該T-接頭209可能龜裂, 并因此而造成接頭故障。此外,該制程頗為復雜,例如,必須進行圖案化 以形成一外部電極,及必須形成一絕緣層以保護一外部電極或阻隔焊錫。 因此,其產(chǎn)率降低。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的申請是為了克服上述相關(guān)技藝的問題。因此,本發(fā)明的目的 是在避免外來物質(zhì)進入圖像感測組件。
      本發(fā)明的另一目的是在提供一芯片尺寸的圖像感測封裝,其中具有一 輕薄的圖像傳感器模塊。
      本發(fā)明特色之一,是提供一種在晶片層級封裝CMOS圖像傳感器的方
      法,包括以下步驟將一透明基板黏附在一晶片的正面(多個包含有數(shù)個電 極接墊的圖像傳感器組件形成在此正面上);打磨(grinding)該晶片的背面以 去除其非必要的部份;形成一貫穿該晶片的背面直到該晶片正面上多個電 極接墊下方的通孔;在該通孔的整個表面和該晶片的背面上形成一鈍化層 (a passivation layer);移除形成在該電極接墊上的該鈍化層;將該通孔填 滿金屬以便在該通孔上形成一通孔接點;在該晶片背面的該通孔接點上形 成一焊錫凸塊;以及切割該晶片和該透明基板。
      本發(fā)明另一特色是提供一種CMOS圖像傳感器的晶片層級封裝,包 括 一晶片,其上形成的圖像傳感器組件包含數(shù)個電極接墊; 一透明基板, 其是私接在該晶片的一正面上; 一通孔,其是從該晶片的背面貫穿到在該 晶片正面的數(shù)個電極接墊下方; 一鈍化層,除了該通孔的電極接墊的下方 部分和該晶片的整個背面,其是在其余部分形成; 一通孔接點,其是在該 通孔中形成;及一焊錫凸塊,其是在該晶片背面的該通孔接點上形成。


      圖1是顯示一照相機模塊的簡圖,其是使用先前技藝的互補式金氧半
      導體(CMOS)圖像傳感器(CIS)芯片;
      圖2至圖6是顯示Shellcase制造CIS封裝的制程的剖面視圖;及 圖7至圖16是顯示一晶片層級CMOS圖像傳感器封裝方法的剖面視
      圖,其是使用根據(jù)本發(fā)明較佳實施例的硅通孔接點。
      主要組件符號說明 100鏡片
      103柔性電路板(FPC)
      105 CIS芯片
      120A外部電極接墊
      200晶片
      200B背面
      202感測單元
      101鏡頭外殼 104異方性導電膜 106感測窗 120B金隆點 200A正面 201電極接墊 203環(huán)氧樹脂
      203A環(huán)氧樹脂 206圓形 208外部電極 210焊錫凸塊 250切割線 301電極接墊 303切割線 305環(huán)氧樹脂層 307通孔 309種晶層 311焊錫焊錫凸塊
      204第一玻璃基板 207第二玻璃基板 209 T-接頭 211絕緣層 300晶片 302感測單元 304透明基板 306分隔物 308鈍化層 310通孔接點
      具體實施例方式
      本發(fā)明的各個特色、觀點、及較佳實施例將在以下說明文中參考附圖 詳力口{兌明。
      圖7至圖16的剖面視圖是顯示一種互補式金氧半導體(CMOS)圖像傳 感器的晶片層級的封裝方法,其是使用根據(jù)本發(fā)明較佳實施例的硅通孔接點。
      參考圖7,經(jīng)由 一 預設的制程,在 一 晶片300上形成數(shù)個電極接墊3 01, 以-使在一外部電路和一用于感測圖^象的感測單元302之間構(gòu)成一電流通 路。該晶片300包括數(shù)個芯片,并在芯片制造制程完成后進行裁切步驟, 使多個芯片彼此分割以供封裝使用。該多個芯片是沿著該切割線彼此分開。
      其后,參考圖8, 一透明基板304是黏附在該晶片300上。較佳者, 該透明基板304為一玻璃基板,其厚度介于300微米至500微米。為了黏 附該透明基板304,形成一環(huán)氧樹脂層305以延伸覆蓋該切割線303兩側(cè) 的多個該電極接墊301。此外,在該環(huán)氧樹脂層305上則有一分隔物306, 以固定介于該透明基板304和該晶片300之間的空間。其后,將該晶片300 和該透明基板304彼此黏附。因此,在以下的制程中,在該晶片300上形 成的該感測單元302和該電極接墊310是完全不受任何外來物質(zhì)污染,因
      此可顯著降低出現(xiàn)缺陷的機率。
      其次,參考圖9,該晶片300的背面是經(jīng)打磨。打磨制程是為了要在
      下一道制程能夠更容易地形成一通孔于晶片300內(nèi)而進行。藉由該打磨制 程,該晶片300是經(jīng)過打磨,而形成一個能使晶片300更耐久所需的深度。 在打磨制程之后,該晶片300的厚度以50微米至100微米較佳。
      其后,參考圖10,多個通孔307是從該晶片300的背面貫穿到該多 個電極接墊301的下方部份。該通孔307可直接用反應性離子蝕刻法(RIE) 千蝕刻而形成。另外,該通孔307可由先形成一部份的非貫穿孔、再用干 蝕刻或濕蝕刻將晶片300的其余部分移除而形成。此時,該通孔307的直 徑可介于數(shù)十微米至數(shù)千微米之間,以200微米以內(nèi)較佳。雖然該通孔307 的形狀基本上是圓形,不過該通孔307也可為其它各種形狀,例如三角形、 四邊形或多角形。此外,在該晶片300背面形成的貫穿孔的尺寸可大于、 小于或等于在該電極301下方的貫穿孔。
      其后,參考圖11,在經(jīng)蝕刻的該通孔307表面和該晶片300的背面 上有一鈍化層308覆蓋以隔離多個電極。該鈍化層308較佳是一氧化層或 一氮化層。該鈍化層308氧化時較佳是以硝酸溶液使用低溫等離子增強化 學氣相沉積法(PECVD)進行沉積。
      其次,參考圖12,沉積在該通孔307底部(即在該電極接墊下方)的該 鈍化層308被移除,以便使多個電極接墊301曝露在外。
      依序參考圖13和圖14,使用濺鍍制程在該通孔307內(nèi)形成一種晶層 309之后,再使用電鍍制程或印刷制程以錫膏形成一通孔接點310。此時, 可使用任何一種導電性物質(zhì),包括導電性物質(zhì)例如金、銀、銅、鋁、鎳、 鉻及鴉或其多種合金。
      然后,參考圖15,在該晶片300背面有該通孔接點310形成的部份 則生成一焊錫凸塊311。雖然該焊錫凸塊311可采用任何一種導電性物質(zhì), 不過該焊錫凸塊311是以銅、金、任何一種鎳/金的合金或任何一種錫/金 的合金較佳。
      最后,參考圖16,沿著該切割線303將該完成的晶片300和該透明 基板304裁切成多個單獨的芯片。
      透過上述本發(fā)明的較佳實施例的制程,可完成一圖像感測芯片。其后, 該獨立的圖像感測芯片即經(jīng)由 一 焊錫凸塊(在 一 晶片背面形成)翁附在一
      FPC或一印刷電路板而連接到一外部電路。然后,在與一鏡片及一鏡片外
      殼組合后,即可完成一圖像裝置(例如照相機)。
      雖然本發(fā)明已經(jīng)就某些較佳實施例予以說明,不過,在不脫離權(quán)利要 求所界定的范疇下,專精本技藝的人士仍可施行各種變化及修改。
      本發(fā)明的優(yōu)點
      藉由采用硅通孔接點,根據(jù)本發(fā)明的晶片層級的圖像傳感器封裝具有
      下列優(yōu)點
      首先,從一 晶片的背面連接到 一 電極接墊的通孔接點能在該晶片的一 正面輕易形成,該正面上有多個圖像感測組件(其中包括一感測單元)及該 多個電極接墊形成;
      其次,可避免感測單元因外來物質(zhì)進入而致使產(chǎn)率降低,這是藉由以 一透明基板覆蓋,并在該晶片背面一外露的通孔接點上形成一焊錫隆點, 再使其經(jīng)由該背面連接到一外部電路而達成,這其中并無任何圖像感測組 件;
      第三點,可將不必要的晶片部份移除以降低圖像傳感器模塊成品的厚 度;及
      第四點,芯片級的半導體裝置(其中包括一圖像傳感器)封裝其體積通 常較小,在實用上較可行,且可運用在多芯片模塊(MCM)。
      權(quán)利要求
      1.一種在晶片層級封裝互補式金氧半導體(CMOS)圖像傳感器的方法,該方法包含下列步驟將透明基板黏附到晶片的正面,在此正面上形成有多個包括數(shù)個電極接墊的圖像傳感器組件;打磨該晶片的背面;使用干蝕刻或濕蝕刻法從該晶片背面貫穿形成通孔直到該晶片正面上該些電極接墊下方;在該通孔的整個表面及該晶片背面上形成鈍化層;將形成在該電極接墊上的該鈍化層移除;在該通孔內(nèi)形成通孔接點;在該晶片背面的該通孔接點上形成焊錫凸塊;及裁切該晶片與該透明基板。
      2. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中在翻附該透明基板之前,更包含下 列步驟形成環(huán)氧樹脂層,其延伸覆蓋切割線兩側(cè)上的多個電極接墊;及 在該環(huán)氧樹脂層的上方部分形成分隔物。
      3. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中該形成通孔接點的步驟更包括下列 步驟以濺鍍法在該通孔內(nèi)形成種晶層;及在該通孔內(nèi)以錫膏印刷或?qū)⒃摻饘匐婂冎两饘賹由希瑏韺⒃撏變?nèi)填 滿金屬。
      4. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中該透明基板的厚度介于300微米至 500微米間。
      5. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中在打磨步驟之后,該晶片的厚度介于50微米至100微米間。
      6. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中該通孔是利用反應性離子蝕刻(RIE) 的干蝕刻法直接形成;或在形成部分非貫穿孔后,藉由移除該晶片上未經(jīng) 干蝕刻或濕蝕刻法加以貫穿的其余部份,而形成該通孔。
      7. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中該鈍化層是氧化層或氮化層,其是 利用在硝酸溶液中氧化或以低溫等離子增強化學氣相沉積(PECVD)法而形成的。
      8. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中該通孔接點是由選自下列之一的導 電性金屬制成,其包括金、銀、銅、鋁、鎳、鉻、鎢及其類似物或其的 多個合金。
      9. 如權(quán)利要求1所述的方法,其中該焊錫凸塊為下列其中之一銅、 金及鎳/金的合金、或是由錫和金兩者所形成的合金。
      10. —種CMOS圖像傳感器晶片層級封裝,包括晶片,其上形成有多個包括數(shù)個電極接墊的圖像傳感器組件; 透明基板,其是黏附在該晶片的正面;通孔,其是貫穿該晶片背面直到該晶片正面上數(shù)個電極接墊下方; 鈍化層,其是形成在除了通孔內(nèi)該些電極接墊下方部位以外的剩余部 位,以及該晶片整個背面上;通孔4矣點,形成在該通孔內(nèi);及焊錫凸塊,其是形成在該晶片背面的通孔接點上。
      11. 如權(quán)利要求10所述的CMOS圖像傳感器晶片層級封裝,更包括 環(huán)氧樹脂層和分隔物,位在該晶片的正面與該透明基板之間。
      12. 如權(quán)利要求10所述的CMOS圖像傳感器晶片層級封裝,其中該 透明基板的厚度介于300微米至500微米間。
      13. 如權(quán)利要求10所述的CMOS圖像傳感器晶片層級封裝,其中該 晶片的厚度介于50微米至100微米間。
      14. 如權(quán)利要求10所述的CMOS圖像傳感器晶片層級封裝,其中該 鈍化層是以氧化物屬或氮化物層構(gòu)成。
      15. 如權(quán)利要求10所述的CMOS圖像傳感器晶片層級封裝,其中該 通孔接點是由導電性金屬制成,其是選自金、銀、銅、鋁、鎳、鉻、鵠或 其的多個合金。
      16. 如權(quán)利要求10所述的CMOS圖像傳感器晶片層級封裝,其中該 焊錫凸塊是銅、金、鎳/金合金中之一者或是錫/金合金。
      全文摘要
      本發(fā)明是關(guān)于一種利用硅通孔接點的CMOS圖像傳感器晶片層級封裝及其制造方法。此CMOS圖像傳感器晶片層級封裝包括一晶片,其上有多個圖像傳感器(包括數(shù)個電極接墊)形成;一透明基板,其是黏附在該晶片的正面;一通孔,其是從該晶片的背面貫穿到在該正面數(shù)個電極接墊下方而形成;一鈍化層,其是在除了該通孔內(nèi)的該數(shù)個電極接墊的下方以及整個該晶片的背面以外的其余部位形成;一通孔接點,其是在該通孔內(nèi)形成;及一焊錫凸塊,其是在該晶片背面的該通孔接點上形成。
      文檔編號H01L27/146GK101356645SQ200580051818
      公開日2009年1月28日 申請日期2005年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月11日
      發(fā)明者樸太錫, 金龍成 申請人:樸太錫
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