一种图像传感器的封装方法与流程

    专利2026-05-17  4


    本发明涉及cmos图像传感器领域,尤其涉及一种改善感光区边缘发光问题的方法。


    背景技术:

    1、半导体图像传感器用于感测电磁辐射,例如可见范围内的光、红外辐射和/或紫外光(ultraviolet light)。互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor,cmos)图像传感器(cmos image sensor,cis)及电荷耦合装置(charge-coupled device,ccd)传感器用于各种应用(例如移动装置中的数码相机或嵌入式相机)中。这些装置使用电子空穴对(electron-hole pair)的光生反应(photogeneration)而利用像素阵列(可包括光电二极管及晶体管)来探测辐射。背照式(backside illuminated,bsi)图像传感器是被配置成对照射在半导体衬底的背侧上的光进行探测的图像传感器。在半导体衬底的前侧上可形成用于探测并处理光生信号的cmos电路系统。其中cmos图像传感器的产品结构通常包含有感光区、隔离区和逻辑区,其中隔离区位于感光区和逻辑区之间,逻辑区位于感光区周围,二者为实现不同功能独立运行。通常隔离区中设有深沟槽隔离(sti)结构。当cis的逻辑区工作时,其中的电子和空穴复合产生光,如果没有sti或sti隔离性能不好会导致逻辑区的光穿过隔离区到达感光区,从而产生感光区边缘发光问题,从而严重影响cis产品的成像质量。

    2、传统的图像传感器芯片的生产通常分为3个阶段,(1)基板的制造;(2)电路的制造;(3)晶圆切割、电性测试、封装测试。其中,在电路的制造过程中,晶圆被均匀划分为若干die(晶粒),切割道设于相邻晶粒之间,利用切割设备沿着切割道切割晶圆以形成各独立的晶粒。考虑到目前的sti结构通常都在芯片制造工艺中,现有技术中并没有在晶圆封装工艺中形成隔离结构以改善感光区边缘发光问题的方法。


    技术实现思路

    1、基于以上现有技术中存在的缺点,本发明提供一种图像传感器封装方法,用于解决现有技术中浅沟槽隔离结构难以有效隔绝逻辑区光子跃迁到感光区导致器件发光性能降低的问题。

    2、具体的本发明所提供的方法包括:

    3、步骤1)提供晶圆,所述晶圆包括感光区、逻辑区;

    4、步骤2)对所述晶圆进行减薄,并在所述晶圆的第一面或第二面形成粗糙表面;

    5、步骤3)在芯片制程完成后、进行晶圆封装制程前或晶圆封装制程中,在所述晶圆上形成焊盘后,在将所述晶圆切割成多个晶粒之前,在所述晶圆第一面和/或第二面的所述感光区和所述逻辑区之间的至少部分区域形成具有第一深度的第一沟槽;

    6、步骤4)于所述第一沟槽内形成填充层。

    7、进一步的,所述步骤3)还包括在所述第一沟槽内进一步形成第二深度的第二沟槽,所述第二深度大于第一深度。

    8、进一步的,所述步骤3)中的第一沟槽位于所述晶圆的背面和/或正面。

    9、进一步的,所述图像传感器可以是背照射式(bsi)或前照射式(fsi)。

    10、进一步的,如果所述图像传感器为fsi,则在第一晶圆的背面感光区的至少部分区域形成粗糙表面;如果所述图像传感器为bsi,则在第一晶圆的正面的至少部分区域形成粗糙表面。

    11、进一步的,在执行步骤2)之前,在所述晶圆表面形成硬掩膜层,所述硬掩膜层包括氧化层和/或氮化层。

    12、进一步的,所述步骤3)中,如果采用csp封装,则所述第一沟槽可以在封装前或封装中进行制备,如果采用com或cob封装工艺,则所述第一沟槽在封装前进行制备。

    13、进一步的,所述步骤3)中的所述第一沟槽将所述晶圆切割至预定厚度,所述预定厚度为所述晶圆厚度的20-95%,优选为75%。

    14、进一步的,所述方法包括在步骤2)所形成结构的表面上形成保护层,并图案化处理所述保护层。

    15、进一步的,所述保护层的厚度为1至100μ m,所述保护层为氮化硅和/或氮氧化硅。

    16、进一步的,所述填充层为光吸收材料或低折射率材料,所述光吸收材料的透光率为0-20%,优选为5-10%;

    17、进一步的,所述低折射率材料选自比所述第一晶圆材料折射率低的材料。

    18、进一步的,所述形成粗糙表面的工艺为研磨/刻蚀/喷砂等工艺中的一种或多种。

    19、本发明提供的改善感光区边缘发光问题的方法,具有以下有益效果:一方面,在芯片制程完成后、进行芯片封装制程前或封装制程中,进行晶圆背面工艺时,将晶圆切割成多个晶粒(die)之前,在逻辑区和感光区之间形成沟槽并填充光吸收材料或低折射率材料以阻挡逻辑区光子扩散来改善感光区边缘发光问题。另一方面,本发明通过在晶圆背面工艺中改变晶圆背面粗糙度,使得晶圆背面反射的光产生漫反射来减少感光区所接收到的光线,进一步的可以设置不同的粗糙度来针对性的增强感光区的漫反射以减少逻辑区产生的光子扩散到感光区,进一步改善感光区边缘发光问题。本发明的隔离沟槽形成工艺可以同时兼容芯片级封装csp(chipsscalepackage)、板上芯片封装cob(chipsonboard)、模组上芯片封装com(chipsonmodule)等晶圆封装制程的同时,改善了感光区边缘发光问题,提高了图像传感器的性能。



    技术特征:

    1.一种图像传感器的封装方法,其特征在于,所述方法至少包括以下步骤:

    2.根据权利要求1所述方法,其特征在于,步骤3)中的封装制程可以是芯片级封装(csp)、板上芯片封装(cob)、模组上芯片封装(com)中的任一种。

    3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在执行步骤2)之前,在所述晶圆表面形成硬掩膜层,所述硬掩膜层包括氧化层和/或氮化层。

    4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述图像传感器为背照射式或前照射式。

    5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括在步骤2)所述的粗糙表面上形成保护层,并图案化处理所述保护层。

    6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述保护层的厚度为0.1至5μm,所述保护层为氮化硅和/或氮氧化硅。

    7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述填充层为光吸收材料和/或折射率低于所述第一晶圆的材料。

    8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述光吸收材料的透光率为0-20%。

    9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一沟槽的深度为所述晶圆厚度的20-95%。

    10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述形成粗糙表面的工艺为研磨/刻蚀/喷砂工艺中的一种或多种。


    技术总结
    本发明提供一种图像传感器的封装方法,在进行晶圆封装工艺过程中或封装之前,在逻辑区和感光区之间形成沟槽并填充材料以阻挡逻辑区光子扩散来改善感光区边缘发光问题。另一方面,通过改变晶圆背面粗糙度,使得晶圆表面反射的光产生漫反射来减少由逻辑区扩散至感光区的光子。兼容了晶圆封装工艺的同时提高了图像传感器的性能。

    技术研发人员:夏欢
    受保护的技术使用者:格科微电子(上海)有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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