[发明专利]图像传感器芯片的封装结构及封装方法

说明书

本发明提供一种图像传感器芯片的封装结构及封装方法，采用芯片背面的衬底沟槽刻蚀工艺来避免使用硅穿孔工艺，同时将沟槽底部暴露出的焊盘的外周边缘修正为阶梯状结构，由此来降低布线金属层的填充难度，增加后续填充的布线金属层与焊盘的接触面积，提高布线金属层的连接可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种图像传感器芯片的封装结构及封装方法。

背景技术

CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor,CIS)是数字摄像头的重要组成部分，其成像的原理是通过光敏器件进行感光，从而将光信号转换为电信号，然后输出图像。

目前，主流的CIS芯片封装技术包括：CSP(Chip Scale Package)、COB(Chip OnBoard)及FC(Flip Chip)。其中CSP是指芯片尺寸封装和芯片核心尺寸基本相同的芯片封装技术，目前普遍应用在中低端、低像素(2M像素或以下)图像传感器的Wafer level(晶圆级)封装方面。CSP封装技术一般是将图像传感器芯片正面作为感光窗口，使用晶圆级玻璃(芯片正面的透光盖板)与晶圆绑定，并在晶圆的图像传感器芯片之间使用围墙隔开，然后在研磨后的晶圆的焊盘区域，通过制作焊盘表面连接的(或焊盘面内孔侧面环金属连接的)硅穿孔(Through Silicon Via，TSV)或切割后焊盘侧面的T型金属来接触晶圆上的图像传感器芯片，并在晶圆背面延伸线路后制作焊球栅阵列(Ball Grid Array，BGA)，从而将芯片正面的焊盘通过一定的方式重新分布到芯片背面，实现与外界的互联，最后切割晶圆以形成单个密封空腔的图像传感器单元，后端通过表面贴装技术(Surface Mount Technology，SMT)形成模块组装结构。CSP内核面积与封装面积的比例约为1:1.1，凡是符合这一标准的封装都可以称之为CSP。这样的封装形式大大提高了印刷电路板(PCB)上的集成度，减小了电子器件的体积和重量，提高了产品的性能。

上述的硅穿孔技术，一般是先在芯片背面的硅本体上利用干法刻蚀的方法形成硅通孔，然后对暴露出的芯片衬底硅及孔内的硅进行绝缘化处理，并在孔底部开出互联窗口以便后续填充金属与焊盘形成接触，接着在孔内填充金属，以及重新分布金属线路层。然而，这种晶圆级图像传感器封装方式由于引入了硅通孔互联，使得封装结构复杂；并且硅通孔互联技术还不成熟，往往由于孔内绝缘不好、互联窗口不完整以及金属填充不实等问题导致失效或可靠性不好，使得这类利用硅通孔互联进行的晶圆级图像传感器封装存在工艺难度大、互联可靠性低的问题。同时，硅通孔互联工艺的复杂性也导致采用该技术的晶圆级图像传感器封装价格比较昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图像传感器芯片的封装结构及方法，能够简化封装结构、降低工艺难度和工艺成本。

为解决上述问题，本发明提出一种图像传感器芯片的封装方法，包括以下步骤：

提供封装基板和图像传感器芯片，所述封装基板具有透光区，所述图像传感器芯片形成在一半导体衬底的正面上，且所述图像传感器芯片周围的半导体衬底正面上形成有多个焊盘，每个焊盘是由多层金属层互连而成的金属结构；

粘合所述封装基板与所述半导体衬底的正面，其中，所述透光区对应所述图像传感器芯片的感光区；

对所述半导体衬底的背面进行刻蚀以形成沟槽，所述沟槽暴露所述焊盘的最底层金属层；

刻蚀所述焊盘以使所述焊盘的多层金属层形成阶梯状结构，并在所述半导体衬底的背面形成绝缘层，所述绝缘层暴露所述阶梯状结构的各个台阶表面；

在所述绝缘层以及所述阶梯状结构表面形成布线金属层，所述布线金属层与所述阶梯状结构的每层金属层接触；

在所述布线金属层表面形成保护层，并刻蚀所述保护层形成暴露出所述布线金属层的多个开口；以及

在所述开口中设置凸点。