图像传感器的晶片级芯片规模封装件及其制造方法

摘要

本发明提供一种图像传感器的WLCSP及其制造方法。该WLCSP包括：晶片、支承部件、玻璃以及金属凸块。晶片具有图像传感器和设置在其上的焊盘对，图像传感器的底面部分从晶片两端向外暴露。支承部件设置在焊盘上，以支承玻璃的两底侧，支承部件形成为预定的厚度，以提供用于形成气腔的空间。所述玻璃牢固地定位在支承部件上，以便在晶片上形成气腔。金属凸块对应于焊盘设置在晶片两侧，这样使金属凸块的底面突出于晶片的底面外，并形成电连接到焊盘上的导线。因此，即使不使用另外的PCB或陶瓷基板，也可以将封装件直接连接到相机模块上。从而，可以降低所述模块的装配空间，使产品微型化。并且，可以降低基板制造成本，以降低产品的单价。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2005年10月10日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2005-94819号的优先权，其内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及图像传感器的晶片级芯片规模封装件(wafer-levelchip-scale package)及其制造方法。在该方法中，在晶片级阶段(waferlevel stage)进行玻璃连接，以便形成作为外部接线端子的金属凸块(bump)。将晶片薄化之后，通过干法蚀刻形成长通孔，并用金属填充长通孔。从而，可以省略传统的焊球。因此，可以缩短制造工序，提高量产能力，以及将由外部物质引起的缺陷降到最低。

背景技术

半导体工业的一个主要趋势是半导体器件的小型化。在半导体晶片封装工业中，对小型化的需要是非常强烈的。通过使用塑料或陶瓷树脂密封集成电路(IC)芯片形成封装件，以便IC芯片能够安装在实际的电子器件中。

传统典型的封装件要比安装在其内的IC芯片大很多。因此，封装工程师努力将封装件尺寸降低到接近晶片尺寸。

由于上面的努力，最近，开发出了芯片规模封装(CSP)和晶片级芯片规模封装(WLCSP)。芯片规模封装也称作“芯片尺寸封装”。在传统的封装制造方法中，在分开的封装件基体上进行封装装配。另一方面，在WLCSP方法中，在晶片级同时装配和制造多个封装件。

半导体IC芯片的开发对封装技术的发展作出了贡献，产生了高密度、高速度、小型化和微小的封装。封装器件的结构已经从引脚插入型或通孔安装型发展到表面安装型，从而提高了电路板的安装密度。最近，对芯片尺寸封装进行了积极的探索，其在封装状态下保持裸芯片特性的同时，可以将封装尺寸降低到接近芯片尺寸。

WLCSP是一种芯片尺寸封装。在WLCSP中，将芯片焊盘(pad)在芯片表面上重布线(再分布线)或重新分配，随后形成焊球。在WLCSP中，通过使用倒装芯片法，将芯片或管芯直接安装在电路板上，将在芯片的重新分配电路上形成的焊球焊接到电路板的导电焊盘上。在这一点上，焊球也能在导电焊盘上形成，从而焊接到封装件的焊球上。

最近，引入了各种可以将封装件尺寸降低到接近半导体芯片尺寸的CSP技术。由于半导体器件的小型化和高集成化，使得这些技术能迅速普及。

晶片级封装(WLP)技术被认为是下一代CSP技术。在WLP技术中，在芯片未被切割的情况下在晶片级完成整个组装工序。在WLP技术中，在多个彼此连接的芯片的晶片状态下，完成一系列装配工序，例如管芯焊接、引线焊接以及成型(molding))，随后将这样获得的结构切割以制造最终产品。

因此，与CSP技术相比，WLP技术可以进一步降低总封装成本。

通常，在WLCSP中，在半导体芯片的有源侧上形成焊球。这种结构使得难以堆叠WLCSP或将WLCSP应用于传感器封装件(例如电荷耦合器件(CCD))的制造。

传统的封装IC器件，包括使用WLCSP技术制造的图像传感器封装件，其披露在韩国专利公开号2002-74158中。传统封装IC器件的结构将参照图1进行简要描述。

图1示出了具有内腔的传统晶体基板器件。

参考图1，在晶体基板102的顶面上形成有微透镜阵列100。通过环氧树脂104将封装层106(通常由玻璃制成)密闭地连接到晶体基板102的底面上。沿着封装层106的每个边缘形成电接触部108。焊球凸块110形成于封装层106的底面上，以及导电焊盘112形成在晶体基板102的顶面上。电接触部108连接到焊球凸块110上，并电连接至导电焊盘112上。

通过粘合剂(例如环氧树脂)118，将封装层114(通常由玻璃制成)以及相连的隔离部件116密封地连接到晶体基板102的顶部，使得在微透镜阵列100和封装层114之间形成空腔120。

电接触部108通过例如电镀在环氧树脂104和封装层106的倾斜表面上形成。

由于导电焊盘112和电接触部108彼此相对且接触，所以传统IC在连接可靠性上是低的。同样，由于传统IC是通过堆叠多个元件制造的，其结构变得复杂，并且制造工序也变得很复杂。

使用SLCSP技术形成的具有高可靠性球栅阵列(BGA)的传统半导体器件披露于国际专利公开第WO99/040624号、韩国专利公开第2000-2962号以及韩国专利公开第2002-49940号中。在传统半导体器件中，焊料凸块被形成为具有电连接至焊盘电极上的焊球。制造焊球需要许多工序，并且这些工序是复杂的。这会降低器件的量产能力和产量。

此外，传统WLCSP具有这样的结构，多个焊球被形成为从WLCSP的底部突出。因此，在进行用于制造插槽型(socket-type)相机模块的热压加工(hot bar process)期间，不能将封装件的侧面或底面直接连接到单独的PCB或陶瓷基板上，这样另外的接触件必须插入其间用于封装件的电连接。

发明内容

本发明的优点在于提供了一种制造图像传感器的WLCSP方法。在该方法中，在晶片级阶段将玻璃连接到气腔形成的表面上。将晶片蚀刻以薄化晶片的相对面，在晶片表面上形成长通孔，且用金属填充长通孔。将晶片再次蚀刻，使得只有金属部分突出，从而完成CSP。这样，可以满足超薄电子封装部件的要求，并采用成批处理工艺。

本发明还提供了一种图像传感器的WLCSP，其中，在蚀刻的晶片两侧形成金属凸块，使得其突出于晶片表面之外。金属凸块起到传统焊球的作用。因此，由于可以省略用于连接传统焊球的传统工序，可以极大地提高WLCSP的生产效率。

本发明总的发明构思的其它方面和优点将在随后的描述中部分地陈述，并且部分地将通过这些描述变得显而易见，或者通过总的发明构思的实施而被理解。

根据本发明的一个方面，图像传感器的WLCSP包括：晶片，其具有设置在其顶面的图像传感器以及设置在图像传感器两侧的焊盘；玻璃，其两个边缘部分由支承部件支承，并连接于支承部件；以及金属凸块，其电连接至焊盘上，并被形成为突出于晶片底面之外。

将晶片薄化到可能的最小厚度，图像传感器形成在晶片顶面的中心区域内，支承部件是由包括隔离物(spacer)的硬化树脂形成，以便保护设置在其两侧的焊盘。

玻璃是能起到IR滤光片作用的IR滤光玻璃。将该玻璃连接到晶片的顶面上，使得在微透镜单元的上方形成气腔。可替换地，使用透明粘合剂连接玻璃而不形成气腔。

用来将玻璃连接到晶片上的粘合剂(即，构成支承部件的树脂)优选是气体排放量低的环氧基粘合剂、硅基粘合剂、苯并环丁烯(BCB)粘合剂或UV可固化树脂。

粘合剂包含用于保护焊盘的隔离物以及热膨胀和吸湿性低的高粘结性材料。

通过铜电镀(ECP)工序或印刷和硬化导电浆工序，在晶片的蚀刻部分形成金属凸块，从而电连接到焊盘的暴露部分。

根据本发明的另一方面，制造图像传感器的WLCSP方法包括：在晶片级形成图像传感器并在其上连接玻璃以提供气腔；实施薄化工序，以使晶片底面变薄；实施蚀刻工序，以便在晶片的玻璃连接面的相对面上形成长通孔；用导电浆料填充长通孔，以形成导线；对除了填充长通孔的金属外的晶片进行蚀刻，以便使金属凸块突出；以及把这样获得的晶片级封装件切割成单独的封装件。

在薄化工序中，将晶片的底面薄化到小于100μm或更小的厚度，以便成为小型化的封装件。

在蚀刻工序中，在晶片上进行干法蚀刻工序或湿法蚀刻步骤，以形成长通孔。在干法蚀刻工序中，实施光刻工序，以形成抗蚀层，并实施DRIE工序，以便仅露出蚀刻目标部分。

在湿法蚀刻工序中，将Si₃N₄外延层生长在对应于焊盘的晶片底面上，并使用KOH蚀刻剂来蚀刻这样获得的结构。通过晶片蚀刻，长通孔的壁表面形成为直角或斜面形状的倾斜角(相对于底面)。

使用金属形成导线包括：在晶片表面用于印刷导电浆料或焊膏的浆料注射工序，和通过回流硬化印刷的浆料；以及用于形成晶种层、进行铜镀的镀覆工序；通过CMP将电镀表面平面化，以形成导线。

在将填充长通孔的金属电连接至相应焊盘上之后，晶片表面除了用金属填充的部分以外，将再次蚀刻，使得金属从晶片表面突出几μm的厚度，以起到凸块焊盘的作用。

此后，将填充长通孔的金属部分沿着其中心线切割成单独的封装件，该封装件具有形成于其两侧的金属凸块。

附图说明

通过以下与附图相结合的对实施例的描述，本发明总的发明构思的这些和/或其它方面和优点将变得更显然和易于理解，附图中：

图1为具有内部空腔的传统晶体基板的截面图；

图2为根据本发明的实施例的WLCSP的截面图；以及

图3至图9示出了根据本发明的实施例用于制造WLCSP的连续工序(步骤)，其中：

图3为示出将树脂印刷到晶片上的工序的截面图；

图4为示出将玻璃连接至晶片上的工序的截面图；

图5为示出薄化晶片工序的截面图；

图6A和6B分别为示出蚀刻晶片工序的截面图和平面图；

图7A和7B分别为示出为了用金属填充晶片蚀刻的部分，进行金属印刷操作的工序的截面图和平面图；

图8A和8B分别为示出选择性地蚀刻晶片表面工序的截面图和平面图；

图9A和9B分别为示出最终切割工序的截面图和平面图；

图10A和10B分别为示出在最终切割工序前晶片级封装件的形状的俯视平面图和仰视平面图；

具体实施方式

下面将详细参照本发明的总的发明构思的具体实施例，这些实施例结合附图进行说明，其中，相同的参考标号始终表示相同的部件。通过参考附图将实施例描述如下以便说明本发明总的发明构思。

下面将参照附图详细描述本发明的优选实施例。

WLCSP的结构

图2是根据本发明实施例的WLCSP的截面图。

参照图2，根据本发明的图像传感器的WLCSP包括：晶片10、图像传感器11、气腔12以及一对焊盘13。图像传感器11和气腔12在晶片10顶面的中心部分形成，并且焊盘对13分别设置在图像传感器11的两侧。玻璃20连接到图像传感器11的顶部，使得该玻璃覆盖晶片10的整个顶面。金属凸块对30形成在晶片10的两侧，以便金属凸块对30形成用于焊盘13的导线。

晶片10由硅形成。图像传感器11可以包括微透镜。支承部件14形成在焊盘13上，以便支撑玻璃20的两个底侧。

该支承部件14使用光敏树脂通过光刻工序形成为坝形。支承部件14形成为预定高度，以便在图像传感器11的顶面和玻璃20的底面之间，支承部件14能保持用于形成气腔12的空间。

当包含隔离物的光敏树脂(密封剂)被印刷或分配以将支承部件14连接于玻璃20上，隔离物被加入到密封剂中，这样玻璃20与图像传感器11以预定的距离分隔开。在这一点上，隔离物的尺寸可以根据情况进行调整。

密封剂优选地由热膨胀和吸湿性低的高粘性材料形成。密封剂优选地使用紫外光(UV)、热或其结合(即，UV+热)进行硬化。

焊盘13可以是普通尺寸焊盘或延伸焊盘(extension pad)。

当硬化支承部件14时，玻璃20能直接连接到支承部件14上。

可选地，支承部件14的顶面可以用另外的粘合剂涂覆，以将玻璃20连接到支承部件14上。优选地，该另外的粘合剂是在支承部件14硬化期间气体排放量低的环氧基粘合剂、硅基粘合剂、苯并环丁烯(BCB)粘合剂或UV可固化树脂。

玻璃20可以是能够起IR滤光片作用的红外(IR)滤光片玻璃。

在封装工序的初始阶段，通过薄化工序，晶片10形成为小于或等于100μm的较小厚度。以使金属凸块30突出于晶片10的底面这样的方式在晶片10的两侧形成金属凸块30。

金属凸块30使用金属镀覆法或硬化法形成，其中，导电浆料被注入到在硅晶片10初始蚀刻工序期间形成的长通孔内。金属凸块30电连接至通过蚀刻工序暴露的焊盘13的部分，从而形成导线。

在这一点上，金属凸块30对应于焊盘13形成导线。此外，金属凸块30突出于晶片10的底面之外，以使其直接接触到在晶片10的底面形成的电组装部件。因此，金属凸块30的突出部分的底侧可以直接且安全地安装在插槽型照相机模块上。

如上所述，因为传统的WLCSP具有突出的球形凸块，必须使用另外的印刷电路板(PCB)或陶瓷基板，以将插槽型相机模块连接到传统WLCSP底面或侧面。相反，根据本发明的WLCSP的金属凸块30突出于晶片10的底面之外仅几个微米差距，从而可以直接连接到插槽型相机模块上。这可以简化相机模块制造工序、减少需要装配元件的数量，且能降低制造成本。

通过以下连续工序来制造根据本发明的图像传感器的WLCSP：在具有设置在其上的图像传感器的晶片上，以规律的间隔印刷树脂；连接玻璃以提供气腔；进行薄化工序，以使晶片底面变薄；进行蚀刻工序，以便在晶片的玻璃连接面的相对面上形成长通孔；用导电浆料填充长通孔，以形成导线；对除了填充长通孔的金属外的晶片蚀刻，以便使金属凸块突出；以及把这样获得的晶片级封装件切割成单独的芯片规模封装件。

下面将参照图3至图9详细描述用于制造WLCSP的连续工序。

制造WLCSP的方法

图3至图9示出了根据本发明的实施例用于制造WLCSP的连序工序。

图3为示出将树脂印刷到晶片上的工序的截面图。

参照图3，图像传感器11在晶片10上形成，而气腔12要在图像传感器11上形成。以规律间隔将长的焊盘13形成在位置线(scribeline)两侧，该位置线设置在每一图像传感器11两边。

在最终切割工序中，位置线被用作切割线。

将坝形支承部件14形成在焊盘13上，以便在晶片10上形成气腔12。支承部件14由包含隔离物的树脂形成。将光敏树脂沉积在焊盘13上之后，通过光刻工序形成具有预定高度的图案形状的支承部件14。

该支承部件14的图案可以通过在所获得的结构上沉积光敏树脂和沉积另外的粘合剂形成。可替换地，支承部件14的图案可以用BSB树脂而不使用另外的粘合剂来形成。

图4为示出将玻璃连接到晶片上的工序的截面图。

参照图4，将玻璃20安装在这样获得的结构上，以便玻璃20接触支承部件14。此后，将支承部件14完全硬化，以将玻璃20连接到这样获得的结构上。

可以使用UV、热或其结合(即，UV+热)来硬化形成支承部件14的树脂。通过连接玻璃20，在玻璃20与图像传感器11之间形成气腔12，达到在焊盘13上形成的支承部件14的高度。

图5为示出薄化晶片10工序的截面图。

参照图5，将通常由厚度“h”为750μm的硅形成的晶片10薄化到厚度为小于或等于100μm。

做这些以便使WLCSP小型化，且在随后的工序中，容易在晶片10的两侧形成金属凸块。

可以形成抗蚀层(未示出)，以便在随后蚀刻工序中实施湿法蚀刻操作。使用低压化学气相沉积(LPCVD)装置，通过Si3N4外延生长层可以形成抗蚀层。

图6A和6B分别为示出蚀刻晶片10工序的截面图和平面图。

参照图6A和6B，如果在薄化工序中形成抗蚀层，仅抗蚀层的蚀刻目标部分被露出，并使用干法反应离子蚀刻(DRIE)工艺进行干法蚀刻，从而形成长通孔16。

可选地，在晶片10上实施使用蚀刻剂的湿法蚀刻，以形成长通孔16，其中，在通过Si₃N₄外延生长层没有形成长通孔型抗蚀图案的部分上实施湿法蚀刻工序。

用于湿法蚀刻工艺的蚀刻剂可以是70～90℃的40％KOH，晶片10的蚀刻面积约为600μm²，并且晶片10的蚀刻深度约为90～10μm。用于晶片10的这种蚀刻条件可以不同，其取决于晶片10的形状和种类。

例如，晶片10的蚀刻特性要根据晶片10的材料、蚀刻剂的种类、浓度和温度等来确定。通过调整蚀刻剂的种类、浓度和温度，可以增加或降低晶片10的蚀刻速率。

在硅晶片的情况下，单晶硅和多晶硅通常均使用HNO₃和HF的混合物进行湿法蚀刻。也有显示出蚀刻特性取决于硅取向(晶体取向)的蚀刻剂。硅取向依赖的蚀刻剂的实例为KOH和异丙醇的混合物。

通过湿法蚀刻工艺或干法蚀刻工艺，长通孔16具有形成为斜面状的蚀刻壁表面。

如上所述，将金属浆料注入晶片10的长通孔16内，以形成对应于焊盘13的导线。在长通孔16两侧均形成为直角的情况下，很难形成对焊盘13有效的导线。因此，优选长通孔16的两侧均形成为倾斜表面。

然而，在使用镀覆金属的工序代替通过晶片10的长通孔16注入金属浆的工序的情况下，即使形成的长通孔16的两侧均呈直角，也能使用均匀填充工序形成良好导线。因此，本发明不限于长通孔16的两侧均形成为具有斜度的情况。

图7A和图7B分别为示出使用金属来填充晶片10蚀刻的部分，进行金属印刷操作工序的截面图和平面图。

参照图7A和7B，用金属浆料30填充长通孔16(其以规律间隔形成在晶片10上)。金属浆料30电连接至位于图像传感器11与玻璃20之间的图案化的焊盘13上，从而形成想要的导线。

通过包含焊膏的印刷导电浆料工序或镀覆金属工序，实施用金属浆料30填充长通孔16。

导电浆料印刷工序包括：印刷导电浆料，以便将导电浆料注入长通孔16内；以及通过烘箱或回流，硬化注入的导电浆料。金属镀覆工序包括：沉积晶种金属；进行铜镀；以及进行化学机械平坦化(CMP)，以便仅使填充长通孔16的金属留下。

此后，相对于晶片10的顶面将硬化的金属部分30平坦化。

图8A和图8B分别为示出选择性地蚀刻晶片10表面的工序的截面图和平面图。

如图8A和图8B所示，仅晶片10和硬化的金属部分30位于封装件的底面上。在上述晶片蚀刻的情况下，仅将晶片10蚀刻几个至几十个μm，使得硬化的金属部分30从晶片10的表面突出。

在这一点上，优选用高电导率材料诸如铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)镀覆突出于晶片10表面之外的硬化的金属部分30，以便形成柱形电极。

图9A和图9B分别为示出最终切割工序的截面图和平面图。

参照图9A和图9B，利用突出的、硬化的金属部分30的中心线(即，在焊盘13之间的位置线)作为切割线，将这样获得的晶片级封装件切割成单独的WLCSP。在单独WLCSP中，金属凸块对30形成于晶片10的两侧，使得它们突出于晶片10的底面之外，并且在晶片10上对应于焊盘13形成导线。

图10A和图10B分别为示出在最终切割工序前晶片级封装件的形状的俯视平面图和仰视平面图。

参照图10A和图10B，在盘式硅晶片上以规律间隔形成多个封装件。此后，沿着在封装件的中心线形成的切割线，切割这样获得的晶片级封装件，从而完全分离矩形的WLCSP。

在如上文所描述的本发明的WLCSP中，在其上形成有图像传感器的晶片被薄薄地形成。在晶片的两侧形成金属凸块，使得该金属凸块能在晶片上直接接触焊盘，且突出于晶片底面外。因此，甚至不使用单独的PCB或陶瓷基板，就可以将封装件直接连接到相机模块上。从而，可以降低模块装配空间，以使产品微型化。同样，可以降低基板制造成本，以降低产品的单价。

此外，金属凸块起到传统焊球的作用，从而可以省略为了在焊球之间形成导线的传统的再分布线的形成步骤。因此，可以减少用于制造封装件的工序的数量，以减少制造时间，从而提高量产能力。

此外，由于在WLCSP的晶片级阶段将玻璃直接连接，可以使外来物质导致的缺陷最小化。

尽管已经示出和描述了本发明总的发明构思的几个实施例，应当理解，对本领域技术人员来说，在不偏离本发明总的发明构思的原理和精神的前提下，可以对这些实施例进行改变，本发明总的发明构思的范围由所附权利要求书及其等同物所限定。