大芯片尺寸封装及其制造方法，属于传感器技术领域。在晶圆第一表面中硅衬底上方的中央设置有光学交互区，在设置有光学交互区的一面连接有金属互联结构，硅衬底上光学交互区周围的I/O通过金属互联结构连接到电极垫；金属互联结的表面设置有保护层，并在保护层上形成有台阶状的凸起或凹槽结构；晶圆的第一表面与玻璃片键合在一起，在玻璃片和晶圆之间形成空腔；晶圆的第二表面设置有TSV孔，通过TSV孔穿过硅衬底将电极垫连接到晶圆第二表面上面的焊盘垫，在TSV孔孔壁上依次制作有作钝化层和金属衬里，聚合物材料将TSV孔填充；在晶圆第二表面上制作防焊层，焊球制作在焊盘垫上。本发明专利技术改善了现有封装结构中玻璃和硅衬底之间的分层问题，提高了封装可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种大芯片尺寸封装(CSP)和一种制造所述大芯片尺寸封装(CSP)的方法。所述的封装结构以及制造方法可以优选地用于图像传感器或MEMS器件。
技术介绍
芯片尺寸封装(CSP)是新一代的芯片封装技术，其技术性能又有了新的提升。CSP封装可以让芯片面积与封装面积之比超过1:1. 14，已经相当接近1:1的理想情况，绝对尺寸也仅有32平方毫米，约为普通的BGA的1/3，仅仅相当于TSOP内存芯片面积的1/6。与BGA封装相比，同等空间下CSP封装可以将存储容量提高三倍。CSP的目的是在使用大芯片(芯片功能更多，性能更好，芯片更复杂)替代以前的小芯片时，其封装体占 用印刷板的面积保持不变或更小。正是由于CSP产品的封装体小而薄，因此它在手持式移动电子设备中迅速获得了应用。CSP不仅明显地缩小了封装后的体积尺寸、降低了封装成本、提高了封装效率，而且更加符合高密度封装的要求；同时由于由于数据传输路径短、稳定性高，这种封装在降低能耗的同时还提升了数据传输的速度和稳定性。图像传感器是一种半导体模块，是一种将光学图像转换成为电子信号的设备，电子信号可以被用来做进一步处理或被数字化后被存储，或用于将图像转移至另一显示装置上显示等。它被广泛应用在数码相机和其他电子光学设备中。图像传感器如今主要分为电荷耦合器件(CXD)和CMOS图像传感器(ClS，CMOS Image Sensor)。虽然CXD图像传感器在图像质量以及噪声等方面优于CMOS图像传感器，但是CMOS传感器可用传统的半导体生产技术制造，生产成本较低。同时由于所用的元件数相对较少以及信号传输距离短，CMOS图像传感器具备功耗低、电容、电感和寄生延迟降低等优点。图1所示为一款传统的CMOS图像传感器(CIS)的封装示意图。所示CMOS传感器通包括陶瓷基底2，在陶瓷基底2顶部表面上安装的集成电路4 (1C)，粘接剂层3位于集成电路4 (IC)和陶瓷基底2之间。在集成电路4 (IC)表面上有制作好的IC表面的焊盘6，通过引线7同陶瓷基底2上的基底表面的焊盘8相连接。图像感光区5位于集成电路4(IC)的顶部，图像感光区5包括能够接受光线产生电信号的光学交互元件(如光敏电二极管，photodiode)阵列。同所述光学交互元件相对应的玻璃透镜10被安装到框架I上，框架I通过粘接剂9同陶瓷基底2连接。图1所示的CMOS传感器结构有很多可以改进的方面。第一，由于该封装使用了体积庞大的玻璃透镜10，这对减小封装的体积极为不利，因此可以通过采用微透镜110来减小封装的体积。第二，可以将陶瓷基底2换为硅衬底，通过在硅衬底表面制作重分布层(RDL)将集成电路4 (IC)边缘的1/0 (图上未示出)同基底表面的焊盘8相连接，这样可以进一步的减小封装结构的尺寸。第三，所示封装结构不能够用成本更低的晶圆级加工和表面安装技术。图2为经过改进的现有的采用硅通孔(TSV)技术的CMOS图像传感器(CIS)封装结构。在图2所示的封装中，首先在硅衬底130的顶部表面制作图像传感区120，所述的图像传感区120包含光学交互元件以及控制光电信号输出的晶体管阵列(图中未示出)，在图像传感区120之上放置有多个微镜头110。其次，通过在硅衬底130顶部的表面制作重分布层160 (RDL)将图像传感区120边缘的I/O (图中未示出)连接到硅通孔170 (TSV)0最后，硅通孔170 (TSV)从硅衬底130的顶部延伸到底部表面的焊盘垫175，焊球190制作在焊盘垫175上。在硅衬底130的背面布置有防焊层180 (SMF)0顶部的玻璃片150通过聚合物连接件140同硅衬底130键合在一起。随着CMOS技术的日益发展，集成度也越来越高，这就使得图像传感区的面积越来越来以实现更大面积的感光区域，而对于图2所示的封装结构在随着传感区面积增大的同时，玻璃片150同硅衬底130之间的分层现象也越来越严重。此外，硅通孔(TSV)如果采用电镀Cu工艺时，通孔需首先制作绝缘层(可以是氧化物，如二氧化硅；也可以是氮化物如氮化硅)，隔离层，最后完成电镀Cu填满孔洞。电镀Cu也是一种价格昂贵的工艺
技术实现思路
本专利技术的第一方面是基于当前适用于CMOS图像传感器的芯片尺寸封装(CSP)，针对在芯片尺寸逐渐增大时玻璃同晶圆之间容易产生分层的问题，提供了一种改进的大尺寸芯片CSP封装结构，用以改善该分层问题，提高封装的可靠性。本专利技术所述的大芯片尺寸封装(CSP)包括晶圆，所述晶圆200的正面为形成图像传感区的第一表面201，所述晶圆200的负面为第二表面202 ;所述晶圆200第一表面201中硅衬底130上方的中央设置有光学交互区210，在设置有光学交互区210的一面连接有金属互联结构220 (MD)，硅衬底130上光学交互区210周围的I/O通过金属互联结构220(IMD)连接到电极垫225 ;金属互联结构220 (IMD)的表面设置有保护层230，并在保护层230上形成有台阶状的凸起或凹槽结构；晶圆200的第一表面201与玻璃片150之间通过聚合物连接件140键合在一起，通过曝光显影工艺在玻璃片150和晶圆200之间形成空腔；晶圆200的第二表面202设置有TSV孔260，通过TSV孔260穿过硅衬底130将电极垫225连接到晶圆200第二表面202上面的焊盘垫175，在TSV孔260孔壁上依次制作有作钝化层265和金属衬里270，并用聚合物材料将TSV孔260填充；最后在晶圆200第二表面202上制作防焊层180 (SMF)，并将焊球190制作在焊盘垫175上。所述的保护层的材料为氮化硅。所述的聚合物材料为由树脂、溶剂、感光化合物和添加剂等组成。本专利技术的第二方面是提供了一种制造所述大芯片尺寸封装的方法，包括以下步骤第一步提供晶圆所述晶圆第一表面上应包括形成有图像传感区以及互联结构电极垫；在晶圆第一表面上的最外层保护层同玻璃键合的区域制作台阶式的突起结构。或者所述晶圆第一表面上的台阶式突起结构也可以为凹槽结构。第二步在玻璃上制作聚合物连接材料首先对玻璃进行过预处理清洗，预处理清洗包括酸洗中和、等离子清洗等，然后再玻璃的键合表面涂布一层聚合物胶，聚合物胶是由树脂、溶剂、感光化合物和添加剂等组成，经过曝光显影等工艺在聚合物胶上形成空腔。第三步玻璃同晶圆进行键合通过在聚合物间隔件表面涂布一层树脂胶，然后利用键合机台将玻璃同晶圆键合到一起。第四步晶圆第二表面研磨减薄通过在晶圆第二表面进行研磨对晶圆进行减薄。第五步在晶圆第二表面形成TSV孔通过在晶圆第二表面涂布一层光刻胶，通过曝光显影形成蚀刻窗口。采用干法蚀刻工艺形成孔洞。所述的干法蚀刻工艺包括深反应离子刻蚀(DRIE)。第六步TSV孔的填充首先在TSV孔内和晶圆的第二表面形成一层钝化层，并去除电极垫表面的钝化层；然后在钝化层表面制作金属衬里；最后在金属衬里表面沉积一层电介质层并将TSV孔填满。第七步在晶圆第二表面制作线路层和焊球通过对晶圆第二表面的电介质层进行曝光、显影和电镀工艺，在第二表面形成电路层，将TSV同焊盘垫相连接。然后将焊球制作在焊盘垫上。在所述的第一步中，所述晶圆第一表面上的台阶式突起或凹槽结构在前道工艺制作完成之后，通过在晶圆第一表面进行聚合物胶的本文档来自技高网...
【技术保护点】
大芯片尺寸封装，其特征在于：其包括有晶圆（200），所述晶圆（200）的正面为形成图像传感区的第一表面（201），所述晶圆（200）的负面为第二表面（202）；所述晶圆（200）第一表面（201）中硅衬底130上方的中央设置有光学交互区（210），在设置有光学交互区（210）的一面连接有金属互联结构（220），硅衬底（130）上光学交互区（210）周围的I/O通过金属互联结构（220）连接到电极垫（225）；金属互联结构（220）的表面设置有保护层（230），并在保护层（230）上形成有台阶状的凸起或凹槽结构；晶圆（200）的第一表面（201）与玻璃片（150）之间通过聚合物连接件（140）键合在一起，玻璃片（150）和晶圆（200）之间设有通过曝光显影工艺形成的空腔；晶圆（200）的第二表面（202）设置有TSV孔（260），通过TSV孔（260）穿过硅衬底（130）将电极垫（225）连接到晶圆（200）第二表面（202）上面的焊盘垫（175），在TSV孔（260）孔壁上依次制作有作钝化层（265）和金属衬里（270），并用聚合物胶将TSV孔（260）填充；晶圆（200）第二表面（202）上制作有防焊层（180），焊球190制作在焊盘垫（175）上。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：秦飞，武伟，安彤，刘程艳，陈思，夏国峰，朱文辉，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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