[发明专利]利用TSV技术实现GaAs图像传感器的圆片级封装方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用TSV技术实现砷化镓(GaAs)图像传感器的圆片级封装方法。属于图像传感器封装制造领域。

背景技术

一般而言，图像传感器是一种半导体模块，它是用以将一光学图像转换成电子信号，并且存储图像信号和将其传输至一显示装置。

随着信息技术的发展，图像传感模块越来越广泛地应用到了数字移动产品中，尤其是蜂窝手机，其市场也保持增长了多年。然而，随着半导体行业微型化、多功能的趋势和市场上的持续竞争，新一代的移动产品对图像传感模块有着更高的要求，例如小外形和低成本。传统的图像传感模块封装，例如板上芯片技术(Chip On Board，COB)和覆晶柔性电路板技术(Chip On Flexible，COF)，由于封装方法的限制很难满足这些要求。圆片级封装技术(Wafer Level Packaging，WLP)为满足这种要求提供了很好的解决途径。

所述的WLP技术是指，在芯片未被切割的情况下在晶片级完成整个封装工序，如塑封、引线焊接和封装测试等，切割后得到封装好的最终产品，被认为是下一代的芯片尺寸封装技术(Chip Size Packaging，CSP)。将它应用到图像传感器封装领域，WLP技术具有小尺寸、高性能和低成本的优势。在该技术中，为了从图像传感器正面的焊盘引导背面实现电连接，几种结构被开发了出来，如T型连接和TSV(Through silicon Via)。

图1是显示Tessera制造该图像传感器封装的WLCSP(Wafer Level Chip Size Packaging)截面构造图。

如图1所示，在晶片101的正面上形成多个图像传感器组件(如图像传感单元102和一焊盘电极103)；将该晶片以树脂105粘合到透明基板104上。刻蚀晶片101形成凹槽106，随后灌胶、在背面键合基板114，从背面开槽、后沉积金属连线、形成T型连接109，并制作外部电极110。最后沿切割线115处切割该晶片，得到多个封装好的芯片。此后，通过一预设的制程，便可组成一图像装置模块，例如摄像机。

然而，上述晶片级封装后的结构后续经过切割步骤分成多个封装集成电路元件后，T型连接的一段暴露在外界，易受湿气穿透，从而遭受到腐蚀及剥离等可靠性问题发生。因此，这种形式的封装往往无法通过高温/高湿度测试等可靠性测试而失效。同时，在上述的制造方法中，由于该T-型连接109的连接面积很小，很可能发生龟裂，同样易造成连接接头的可靠性问题。

WLP的另一种实现方式是TSV技术。由于采用垂直互连，TSV技术可以大幅度地缩短电互连长度，从而减小了信号延迟，提高了电性能。同时，TSV技术可以轻易地实现三维堆叠封装，因此被作为高性能三维高密度封装的主要技术手段。由于可以实现正面电极的背面引出，且具有高密度、小体积的特点，近年来被应用到了图像传感器的封装领域。

目前加工硅通孔互连结构的主要工艺方法为：利用Bosch反应离子刻蚀-感应耦合等离子体方法在晶圆表面刻蚀盲孔；用化学气相沉积氧化物或氮化物钝化在硅表面形成绝缘层；金属化硅通孔，采用铜电镀的方法填充硅通孔，用化学机械抛光移除多余的铜电镀层；背面磨削晶圆，暴露出铜导体层，完成通孔结构。

然而，如上所述，这种技术使用了诸如RIE、CVD和CMP等工艺，使得成本高昂，因而只使用在高端产品，不适合低端产品应用。同时，基板与铜结构之间只有一层很薄的绝缘层，使得TSV互连形成了很高的电容，有时甚至超过了标准引线互连方式的电容值。工艺中使用了等离子干法刻蚀的方法，整个器件暴露在离子的轰击之下，容易造成器件的失效，尤其是对离子轰击敏感的器件，如GaAs图像传感器

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高可靠性的图像传感器的封装的硅通孔结构；以克服上述T型连接可靠性差的问题。

本发明的目的在于提供一种利用TSV技术实现GaAs图像传感器圆片级封装方法，以克服常规TSV方法成本高，TSV间形成的电容值较低、信号延时较小，同时对器件不存在辐照损伤；同时克服现有的T型连接可靠性差的问题。

本发明所采取的技术方案是：首先将图像传感器晶片键合到一透明基板上，随后利用机械加工与湿法腐蚀配合使用的方法在晶片的背面加工出凹槽，同时在凹槽底部暴露出焊盘电极；然后在凹槽中做一树脂绝缘层；其后使用激光加工在绝缘层上制作通孔，通孔穿透焊盘电极；接着做金属种子层、通孔和槽内电镀；最后做钝化层和焊料凸点。

本发明的具体工艺步骤为：

A.圆片键合