1254391 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種影像感測器之晶圓級封裝及其制 造技術（Wafer Level Chip Size Package，簡稱 csp)特， 是關於一種具有上下晶圓導通的CSP之晶圓級封事。 本發明亦關聯至中華民國發明專利申★青案t 0891003 1 1 及 0891 14069,申請日 2000 年 1 月 u 日及 年7月14日，發明名稱為「適用於晶圓級封裝之矽中介 片及其製造方法」及「微機電元件的晶圓級封裝及其^ ，方法」，公告號為44〇979及457657,證書號碼為發二 第136426及144183號。此專利係先提出矽晶圓垂直導 通技術應用於封裝領域中。 【先前技術】 圖1為傳統影像感測器封裝之示意圖。如目i所示， 習知之影像感測器的封裝技術是將矽晶圓切割⑷C—)成 基板m後，再利用傳統方式（例如plastic Leaded Carrier (PLCC))加以個別封裝與利用外部引線ι〇3連接 至焊塾107/同時因為影像感測器1()2之影像感測電路⑽ 其需要接受外在光源始能感測影像，故其封裝方式必須 再加上玻璃或透明塑膠# m在封裝載具iq5上以保護 感測晶片表面不受外力p 4立ρ ^ 卜在兄破壞，此舉不免耗時費力不 付合經濟效益外，況j μ舌 、 _ ^衣方式使得封裝後的厚度 及面積較大（需要增加々卜邱丨 点、 9加外部引線焊墊之面積及基座厚 度）’不適合對於產品濟 體積日漸鈿小的個人化數位影像產 1254391 品（如手機和PDA)之需求，所以因應更輕、薄、短、 小的電子系統產品，晶片級封諫hip Seale Μ ^ CSP)技術應運而生。 ’ 於世界專利證號WO02/51217A2中揭露了一種晶片 級封裝技術，利用側邊引線之技術可以將輸入/輸出焊墊 引導至晶片背面，縮小整個封裝後之面積，如圖2a所示。 其貫施方式為先將玻璃126與矽晶圓12〇利用透明之黏 合材料128黏合後，如圖2B所示，再將每一晶片四面之 輸入/輸出焊墊m藉由側邊之”T型接觸62”拉引導線16, 的方法，將正面之輸入/輸出焊墊由側邊引導之晶片背 面，如圖2C-D所示，再對導線作一重新佈線後植入焊^ 凸塊，完成一 CSP封裝。側邊引導線的方法為了達到及 確保”T型接觸，，，必須限制輸入/輸出焊墊之規格。輸入/ 輸出焊墊之位置必須刻意引導至晶片四邊才可以達到，，τ 型接觸”之目的，如此勢必會增加晶片之面積。由於利用 丈干塾側邊與導線連接之接觸面積較小，為了確保” τ型接 觸’’輸入/輸出焊墊必須有一定之大小限制，使得輸入/ 輸出焊墊數目可能也會受到限制，如此設計者就必須犧 牲某些測試用之輸入/輸出焊墊。且利用側邊拉引導線之 製程相當複雜。於玻璃與矽晶圓黏合時還需克服氣泡產 生之問題及無法找到折射率（η)接近於空氣之透明黏合材 料，所以在光學特性上會有所損失。 因此，本發明即應用部份發明人周正三於中華民國 證書號碼發明第136426號（公告號44〇979)及144183號 (公告號457657)中提出之垂直導通技術延伸至本案，即 1254391 在提出一種垂直蝕刻穿 電路欲a n * *彳牙孔技術加上黏合玻璃與影像感測 夕日日圓之黏合材料圖形化 測夕日m , 寸口办化之方法，可應用於影像感 W裔之晶圓級晶片的封缺姑 題。 0封扃技術，解決上述習知技術之問 【發明内容】 本發明之主要目的，#名裎 _ ^ ^ 測哭夕θ门 係在知供一種可應用於影像感 d °σ之日日圓級封裝與製造方法。 、 、甬沾本Α月之3目的，係在利用具有上下晶圓垂直導 :曰直可達到最小的封裝面積亦即使得封裝後尺寸 /、曰曰片本身同尺寸。 、本發明之再一目的，係在利用具有上下晶圓垂直導 通的方法，其與利料部引線連接的方式相比，能夠將 電極長度细Μ ’因此可增加感測電路間的信號傳輸速度。 /發明之再一目的，係在將黏合透明基板與影像感 々電路秒晶圓之黏合材料圖形化，亦即黏合材料塗佈於 感測矩陣電路以外的F 0 、 ^ 卜的£域，使得感測矩陣電路在感測外 在影像時不受黏合材料的影響以增加感測品質。 為達上述目的，本發明提供一種影像感測器之晶圓 級封裝’其包含一矽晶圓、一影像感測電路'複數個輪 =/輸出知墊、一第一介電層、複數個垂直導通電極、一 第三介電層、複數個線路、複數個焊料凸塊及一透明基 板α矽曰曰圓具有一正面及一背面。影像感測電路位於矽 曰曰圓之正面上。該等輸入/輸出焊墊位於矽晶圓之正面 上。第一介電層位於該等輪入/輸出焊墊下方。該等垂直 8 1254391 導通電極係垂直導通石夕晶圓並分別電連接至該等輸入/輸 出焊墊。第三介電層係形成於矽晶圓之背面上，以及等 垂直導通電極與石夕晶圓之間。該等線路係形成於第三介 電層之-背面’並分別透過該等垂直導通電極而電連接 至該等輸入/輸出焊墊。該等焊料凸塊分別電連接至該等 線路。透明基板係透過-黏合材料而黏著於該石夕晶圓上。 於上述樣態中’亦可以在該秒晶圓上形成複數個垂 直穿孔及®繞該等穿孔之複數個環狀溝槽以供絕緣用。 為達上述目的，本發明亦提供―種影㈣測器之晶 圓級封裝之製造方法，其包含以下步驟：提供一石夕晶圓， 该碎晶圓之一正面上形忠古_ _§/##、， 有 衫像感測電路以及複數個 ，入/輸出焊墊且於各該焊墊下形成有-第-介電層作為 一蝕刻終止層；透過一黏合材料而將-透明基板黏合於 該矽晶圓上；於該矽晶圓之一背面形成一第二介電層， f於該第二介電層上定義出對應於該等輸入/輸出焊i之 複數個韻刻窗以露出該^圓；透過該等㈣窗钮刻节 石夕晶圓’以形成複數個垂直穿孔，而停止於輸入/輸出^ 塾下方之第一介電層’·移除該第-介電層，而使該心 入/輸出焊塾從該等穿孔露出；於該等垂直穿孔側壁金該 矽晶圓之該背面形成一第三介電層；於該等垂直穿孔： 形成複數個垂直導通電極；於該第三介電層之—背 成複數個線路，料線路電連接至該㈣直導通電極；7 及於該等線路上形成複數個焊料凸塊。 於上述樣態中，亦可以透過該等#刻f則該石夕曰 圓，以形成複數個穿孔及圍繞該等穿孔之複數個環狀； 1254391 =而使㈣輸入心焊墊從該料孔及料環狀溝槽 說明接具體實施例配合所附的圖式詳加 其所達成之功效發明之目的、技術内容、特點及 【實施方式】 本發明係处人γ Φ , 點，利用預1;:二:封裝面積及高光學品質之優 電路表面，隨之：：Γ 化的玻璃黏合以保護感測 =:::之::::專利技術，將…背:進 、吧緣層沈積及金屬導電層之製作，缺 壯。订切割’最後可達到比上述習知技術更小的csp : 材料的3 σ材料圖形化可除去影像感測電路不受黏合 二的…增加光學感測品質及可容許微量 =封裝之良率’上下垂直導通技術也可克服世界專 制k W〇02/51217 Α2對於輪入/輸出焊墊之規格限 1 ，因此技術為在輸入/輪出焊墊下方直接進行垂直導 、所以知墊與導線之接觸面積遠大於焊墊侧邊與導線 ^接之接觸面積’而可增加其可靠度及縮小輸入/輸出悍 之大小，而且不需刻意將焊墊拉引至晶片四邊，可增 加整個電路佈局之彈性及縮小晶片之面積。 〇圖3顯示依據本發明第一實施例之影像感測器之晶 圓級封裝的局部結構示意圖。如圖3所示，本實施例影 像感測器之晶圓級封裝包含_石夕晶圓1Q、—影像感測電 10 1254391 路y、複數個輸入/輸出焊塾13、複數個垂直㈣電極心 :第-介電層50、一第三介電層22、複數個線路μ、 =數個焊料凸塊14、_透明基板％及圖形化黏合材料 制圖4八至4F為本發明以第一實施例之晶圓級封裝之 =的局部流程示意圖。如圖4A所示，首先提供一石夕晶 :路°ΐι忒矽曰曰圓10之一正面1〇Α上形成有-影像感測 電路匕以及複數個輸入/輸出焊塾13且於料13下形 ::第一介電層50作為蝕刻終止層，材料通常為氧化 二:、厚度大:約—。然後，利用-種感光性之黏合材料 *羞？^疋轉塗佈於矽晶圓之正面’再經曝光顯影製程 :義出稞露影像感測電路之區域’透過此圖形化黏合材 粗40而：一透明基板3〇黏合於該石夕晶圓ι〇上。黏合材 跋0復廉除了影像感測電路11以外之部分（影像感測電 者/以外至矽晶圓10邊界之區域範圍）或可以下述第二 2例之方法實施而完全覆蓋整片石夕晶圓ι〇之影像感測 甩路π及輸入/輸出焊墊13〇 曰曰員接者’如目4Β所示，在該透明基板3G黏合於該石夕 α 1 〇上之後，利用研磨機器或蝕刻機器來研磨該矽晶 :=使其f度可以薄到小於12〇/zm。然後，於該石夕晶 . 月面1 〇B开> 成一第二介電層16，其材料通常 ,l.m^^mfHphoto lithography)
製程於兮笛-人 & F 、㈣4 、^ ;1電層16上定義出對應於該等輸入/輸出 1〇立 旻數個蝕刻窗（etching h〇le)18以露出該矽晶圓 〇之部分材料，蝕刻窗之寬度大小可介於60//m〜1〇〇 “ 11 1254391 然後，如圖4C所示，利用高密度電漿離子蝕刻法（High
Density Plasma Reactive Ion Etching，HDP RIE，其方法 是利用電感耦合產生高密度電漿，故又稱之為Inductively
Coupled Plasma Reactive Ion Etching，ICP RIE，），透過 6亥荨I虫刻自1 8 #刻该石夕晶圓i 〇而停止於第一介電層$ 〇， 以形成複數個垂直穿孔20,而停止於輸入/輸出焊墊13 下方之第一介電層16,同時移除第一介電層及第二介電 層，而使該等輸入/輸出焊墊13從該等垂直穿孔2〇露出。 垂直穿孔20之製作除了上述Icp技術外，也可利用矽異 方性钱刻技術來完成垂直穿孔。 接著，如圖4D所示，於該等垂直穿孔2〇之表面與 ，石夕晶圓ίο之該背面_形成—第三介電層22，於該 第二介電層22上定義出相對應於該等輸入/輸出焊墊之 複數個蝕刻窗並移除該定義之介電層，第三介電層22係 作為電ί·生、、’巴緣用’第二介電^ 22材料可以為前述之氧化 石夕:氮化料絕緣材料。另外本發明也可利用非導電性 之向分子材料（如P()lyimide)作為電性絕緣層，再使用準 分子雷射蝕刻裸露出輸入/輪出焊墊。 然後，如圖 4 E -Γ % 一 所不’利用電化學沈積（電鍍）或是金 屬融溶方式，於古女隹+ + ^ 、°專重直牙孔20内形成複數個垂直導通 電極12，藉以垂直導诵 ^ , 且¥通石夕晶圓1〇並分別電連接至該等 輸入/輸出焊墊13，更 第一 ”電層22位於垂直導通電 極12與矽晶圓1〇 # 。精由各種不同沈積方式可以將 鎳、銅或低、j:容點金屬如姐/ 屬如锡/鉛合金等金屬導體在低溫下注 12 1254391 入該等穿孔20甲以形成垂直導通電極12。另外本發明 也可利用物理沈積（蒸鍍）方式，將金屬導線由輸入/輸出 焊塾經垂直穿孔側壁引導至晶片背面。圖6A則是以蒸鍍 方式形成垂直導通電極12。 接著如圖4F所示，在完成上述垂直導通電極u 後’使用蒸鑛或賴方法沉積—金屬層，再利用微影製 程定義金屬層，以於該第三介電層22之背面22B形成複 數個線路24 ’該等線路24透過該等垂直導通電極12而 電連接至該等輸入/輸出焊墊丨3。 取後，如圖3所示，於該等線路Μ上形成與其電連 接之複數個焊料凸塊（s〇lder bump)14。冑作複數個焊料 =塊14是積體電路封裝的f知技術，在此對於其製作過 圖 5顯示依據本私明笛一每 &月弟一貝鼽例之影像感測器之晶 =的局部結構示意圖。如圖5所示，本實施例係 類似於弟一實施例，尤闩 不同之處在於使用折射率（η)較小之 黏合材料40a覆蓋聲_功a间， # n ^ 们夕日日0 1〇包含該等輪入/輪出焊 塾13及影像感測電路 外在影像時，受二：吏影像感測電路11在感測 、、則口所/ /材# 40a的影響，稍微損失光學感 涮口口貝，但可降低封裝成本。 之:狀6==利:八各種_作的垂直穿孔 式形成垂直導通電與使用蒸鍵方 通電極12之穿孔2〇 X 70成。各戎垂直導 或半球狀⑽⑹。，糸為柱狀（圖6A)、錐狀（圖6B) 13 1254391 圖7顯示依據本發明第三實施例之影像感測器之晶 圓級封裝的局部結構示意圖。此實施例與上述最大之不 同在於輸入/輸出焊墊是利用複數個環狀溝槽21來做為 彼此電性之絕緣及利用乾膜（dry film)25壓合之方式取代 第三介電層。因此，各該溝槽21圍繞各該垂直導通電極 12以外之區域。乾膜25係形成於矽晶圓1〇之背面i〇b 上，藉以與該等輸入/輸出焊墊13密封住該等溝槽Μ。 複數個線路24係形成於乾膜25之一背面25B，該等線 路24係分別透過該等垂直導通電極丨2而電連接至該等 輸入/輸出焊墊13。 圖8 A至8F為本發明以第三實施例之晶圓級封裝之 製作的局部流程示意圖。如圖8A所示，首先提供一矽晶 圓1〇,該矽晶圓10之一正面1〇A上形成有一影像感測 電路11以及複數個輸入/輸出焊墊13且於焊墊13下形 成有弟;ι電層5 〇作為餘刻終止層，其材料通常為氧 ，夕/、厚度大約1 // m。然後，利用一種感光性之黏合材 料（士 BCB)旋轉塗佈於矽晶圓之正面，再經曝光顯影製 耘疋義出裸露影像感測電路之區域，透過此圖形化黏合 材料40而將一透明基板3〇黏合於該矽晶圓1 〇上。 接著，如圖8B所示，在該透明基板3〇黏合於該矽 曰。曰圓1 0上之後，利用研磨機器或蝕刻機器來研磨該矽晶 圓1〇使其厚度可以薄到小於120/zm。然後，於該矽晶 圓丨〇之一背面10B形成一第二介電層16，其材料通常 ’::氧化石夕厚度大約1 " m。利用微影（ph〇t〇 lithography) 製私於該第二介電層16上定義出對應於該等輸入/輸出 14 1254391 焊墊13之複數個蝕刻窗（etching h〇le)18及圍繞該等蝕刻 窗1 8之複數個環狀溝槽2 1以露出該矽晶圓1 〇之部分材 料’ 14刻窗之寬度大小可介於6 〇 m〜10 0 // m及環狀溝 槽21之見度可介於〜2〇//m。 然後’如圖8C所示，利用高密度電漿離子蝕刻法（High
Density Plasma Reactive i〇n Etching，HDP RIE，其方法 是利用電感麵合產生高密度電漿，故又稱之為Inductively
Coupled Plasma Reactive Ion Etching，ICP RIE，），透過 該等餘刻窗1 8及圍繞該等蝕刻窗i 8之複數個環狀溝槽 2 1蝕刻該矽晶圓1 〇而停止於第一介電層5 〇，以形成複 數個垂直穿孔2 0及環狀溝槽21，同時移除第一介電層 及第一介電層，而使該等輸入/輸出焊墊13從該等垂直 穿孔2 0及該等環狀溝槽2 1露出。 接著，如圖8D所示，於該等垂直穿孔2〇之表面與 該矽晶圓10之該背面10B利用壓合方式形成一乾膜25， 藉以密封住該等垂直穿孔20及該等環狀溝槽21，並於 该乾膜25上定義出相對應於該等輸入/輸出焊墊之複數 個接觸ή 2 6，乾膜係作為電性絕緣用及跨導線用。 然後，如圖8Ε所示，透過該等接觸窗％而於該等 垂直穿孔20内形成複數個垂直導通電極12。 接著，如圖8F所示，於該乾膜25之―背面25Β形 成複數個線路24，該等線路24電連接至該等垂直導通 電極12。 然後’如圖7所不，於兮莖綠攸。 4線路24上形成複數個焊 料凸塊14。 15 1254391 在較佳實施例之詳細說明中所提出之呈體杂 用以方便說明本發明之技術内容，而非將本發= 限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申 專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發 之範圍。 、又 僅 地 請 明 16 1254391 【圖式簡單說明】 ;1為傳統影像感測器封裳之示意圖。 感測：Γ4 =顯示為世界專W W〇〇2/5 1217 A2影像 :之4級封裝的局部結構示意圖。 圖3顯不依據本發明筮— 圓級封擎的A ^ # 弟貝施例之影像感測器之晶 了衣的局部結構示意圖。 圖4A至4F i 士 程示意圖。“發明之晶圓級封裝之製作的局部流 圓級封裝的局:依:本發：第二實施例之影像感測器之晶 π 4結構不意圖。 圖 6Α 至 t 圖 C為各種垂直導通石夕晶圓的穿孔形狀。 圓級封袭的：：據本發明第三實施例之影像感測器之曰 圖心部結構示意圖。 〜 製作的局部流:示為意本圖發明以第三實施例之晶圓級封裝之 17 1254391 【主要元件符號說明】 10〜矽晶圓 10B〜背面 12〜垂直導通電極 14〜焊料凸塊 16’〜導線 20〜穿孔 22〜第三介電層 2 4〜線路 26〜接觸窗 40〜黏合材料 40a〜折射率（η)較小之 50〜第一介電層 102〜影像感測器 104〜玻璃或透明塑膠 106〜影像感測電路 126〜玻璃 128〜黏合材料 62〜Τ型接觸 1 0 Α〜正面 11〜影像感測電路 13〜輸入/輸出焊墊 16〜第二介電層 1 8〜^虫刻窗 21〜環狀溝槽 22B〜背面 25〜乾膜 30〜透明基板 黏合材料 1 0 1〜基板 103〜引線 片 105〜封裝載具 107〜焊墊 120〜矽晶圓 172〜輸入/輸出焊墊 18