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      晶圓級(jí)封裝方法

      文檔序號(hào):7265375閱讀:514來(lái)源:國(guó)知局
      晶圓級(jí)封裝方法
      【專利摘要】一種晶圓級(jí)封裝方法,包括:提供晶圓及基板,將所述晶圓的第一表面與所述基板粘接在一起;在所述晶圓的第二表面形成隔絕層;對(duì)所述隔絕層進(jìn)行激光熱退火處理;在所述隔絕層上形成金屬互連線和焊盤,所述金屬互連線與所述焊盤電連接;在所述隔絕層和所述焊盤上形成鈍化層,所述鈍化層暴露至少部分所述焊盤;在所述焊盤上形成凸塊下金屬層;在所述凸塊下金屬層上形成焊球。所述晶圓級(jí)封裝方法采用激光熱退火對(duì)所述隔絕層進(jìn)行退火處理,使所述隔絕層的防水能力增強(qiáng),經(jīng)過(guò)所述激光熱退火處理后的所述隔絕層不易吸水,不易發(fā)生剝離或者開(kāi)裂,所述隔絕層的隔離性能提高。
      【專利說(shuō)明】晶圓級(jí)封裝方法

      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】,尤其是涉及一種晶圓級(jí)封裝方法。

      【背景技術(shù)】
      [000引晶圓級(jí)封裝(Wafer Level化ckaging,WLP)是芯片封裝方式的一種,是整片晶圓 生產(chǎn)完成后,直接在晶圓上進(jìn)行封裝和測(cè)試,完成之后才切割制成單顆芯片,不須經(jīng)過(guò)打線 或填膠。晶圓級(jí)封裝具有封裝尺寸小和封裝后電性能優(yōu)良的優(yōu)點(diǎn),晶圓級(jí)封裝還容易與晶 圓制造和芯片組裝兼容,簡(jiǎn)化晶圓制造到產(chǎn)品出貨的過(guò)程,降低整體生產(chǎn)成本。
      [0003] 晶圓級(jí)封裝過(guò)程中,通常需要用膠粘劑將晶圓與基板粘接在一起,然后在晶圓表 面制作隔絕層W將晶圓表面與后續(xù)形成的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)隔離開(kāi)來(lái)。為了避免膠粘劑因高溫而失 效,通常需要采用低溫氧化物化OW temperature oxide, LT0)來(lái)形成隔絕層。
      [0004] 然而,低溫氧化物的密度低,熱穩(wěn)定性差,防水能力差,并且,隨著時(shí)間增加,低溫 氧化物的防水能力會(huì)繼續(xù)下降。圖1顯示了低溫氧化物的防水能力與時(shí)間的關(guān)系,其中曲 線1代表的是在25C條件下測(cè)得的時(shí)間-相對(duì)吸水率關(guān)系,曲線2代表的是在locrc條件下 測(cè)得的時(shí)間-相對(duì)吸水率關(guān)系,從中可W看出,時(shí)間越長(zhǎng),低溫氧化物的相對(duì)吸水率越大, 即時(shí)間越長(zhǎng),低溫氧化物的吸水能力越強(qiáng),防水能力越差。由于低溫氧化物防水能力差,因 此低溫氧化物容易吸水,而一旦低溫氧化物吸水,就會(huì)導(dǎo)致其內(nèi)部應(yīng)力增大,造成隔絕層的 開(kāi)裂或者剝離,影響隔絕層性能,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致整個(gè)隔絕層失去隔離作用。
      [0005] 為此,需要一種新的晶圓級(jí)封裝方法,W提高隔絕層的防水能力,從而防止隔絕層 發(fā)生開(kāi)裂或者剝離。


      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0006] 本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種晶圓級(jí)封裝方法,W提高W隔絕層的防水能力,防 止隔絕層發(fā)生開(kāi)裂或者剝離,從而增強(qiáng)隔絕層的隔離作用。
      [0007] 為解決上述問(wèn)題,本發(fā)明提供一種晶圓級(jí)封裝方法,包括:
      [0008] 提供晶圓及基板,所述晶圓具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面;
      [0009] 將所述晶圓的第一表面與所述基板粘接在一起;
      [0010] 在所述晶圓的第二表面形成隔絕層;
      [0011] 對(duì)所述隔絕層進(jìn)行激光熱退火化aser Thermal Annealing, LTA)處理;
      [0012] 在所述隔絕層上形成金屬互連線和焊盤,所述金屬互連線與所述焊盤電連接;
      [0013] 在所述隔絕層和所述焊盤上形成純化層,所述純化層暴露至少部分所述焊盤;
      [0014] 在所述焊盤上形成凸塊下金屬層;
      [0015] 在所述凸塊下金屬層上形成焊球。
      [0016] 可選的,所述隔絕層的材料包括低溫氧化物,所述低溫氧化物的厚度范圍包括 1000A ?20000A。
      [0017] 可選的,所述低溫氧化物包括二氧化娃,所述激光熱退火處理采用的激光為近紫 外光,所述近紫外光的能量為9eV。
      [0018] 可選的,所述激光熱退火處理的對(duì)所述晶圓的處理時(shí)間范圍包括Imin?2min。
      [0019] 可選的,對(duì)所述隔絕層進(jìn)行所述激光熱退火處理時(shí),所述隔絕層的溫度范圍包括 600〇C ?900〇C。
      [0020] 可選的,對(duì)所述隔絕層進(jìn)行所述激光熱退火處理時(shí),所述晶圓的溫度范圍控制在 200〇C W下。
      [0021] 可選的,采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法在所述晶圓的第二表面形成所述隔絕 層。
      [0022] 可選的,所述晶圓的第一表面制作有感光陣列單元。
      [0023] 可選的,所述基板為玻璃基板。
      [0024] 可選的,所述膠粘劑為有機(jī)膠粘劑。
      [00巧]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的技術(shù)方案具有W下優(yōu)點(diǎn):
      [0026] 本發(fā)明的技術(shù)方案中,在進(jìn)行晶圓級(jí)封裝時(shí),在晶圓表面形成隔絕層之后,采用激 光熱退火對(duì)所述隔絕層進(jìn)行退火處理,從而提高隔絕層的密度,密度的提高既可W防止隔 絕層發(fā)生剝離或者開(kāi)裂,又可W提高所述隔絕層的防水能力,因此經(jīng)過(guò)所述激光熱退火處 理后的所述隔絕層不易吸水,不易發(fā)生剝離或者開(kāi)裂,整個(gè)所述隔絕層的隔離性能提高,并 且采用所述激光熱退火能夠僅對(duì)所述隔絕層進(jìn)行退火,其它結(jié)構(gòu)不受所述激光熱退火的影 響,因此所述晶圓級(jí)封裝方法所封裝的結(jié)構(gòu)可靠性高。

      【專利附圖】

      【附圖說(shuō)明】
      [0027] 圖1是低溫氧化物時(shí)間-相對(duì)吸水率關(guān)系圖;
      [0028] 圖2至圖6為本發(fā)明晶圓級(jí)封裝方法實(shí)施例示意圖。

      【具體實(shí)施方式】
      [0029] 現(xiàn)有晶圓級(jí)封裝方法中,形成的隔絕層密度較小,結(jié)構(gòu)松散,因此易發(fā)生剝離或者 開(kāi)裂,并且隔絕層防水能力較差,易吸水,一旦吸水之后,隔絕層內(nèi)部的負(fù)應(yīng)力進(jìn)一步增大, 因而更加容易出現(xiàn)剝離或者開(kāi)裂,導(dǎo)致隔絕層易發(fā)生失效。為了去除隔絕層吸收的水分,現(xiàn) 有方法中采用了長(zhǎng)時(shí)間的低溫烘烤(baking)工藝或者除濕氣(degas)工藝,但是采用該些 工藝需要增加大量的時(shí)間和成本,不利于生產(chǎn)制造。
      [0030] 為此,本發(fā)明提供一種新的晶圓級(jí)封裝方法,所述方法在形成隔絕層之后,采用激 光熱退火對(duì)隔絕層進(jìn)行退火處理,從而提高隔絕層的密度,防止隔絕層發(fā)生剝離或者開(kāi)裂, 同時(shí)提高了隔絕層的防水能力,使隔絕層的隔離性能提到提高。
      [0031] 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂,下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。
      [0032] 本發(fā)明實(shí)施例提供一種晶圓100級(jí)封裝方法,請(qǐng)參考圖2至圖6。
      [0033] 請(qǐng)參考圖2,提供晶圓100,晶圓100具有第一表面100A和第二表面100B。
      [0034] 晶圓100中可W形成有多個(gè)芯片單元,芯片單元之間可具有切割道,每個(gè)芯片單 元經(jīng)過(guò)封裝和切割之后可W形成單個(gè)芯片。具體的,本實(shí)施例晶圓100中具有多個(gè)圖像傳 感器芯片單元。
      [0035] 本實(shí)施例中,第一表面lOOA為晶圓100的有源面,第二表面lOOB為晶圓100的 背面。但是,在本發(fā)明的其它實(shí)施例中,第一表面100A可W為晶圓100的背面,而第二表 面100B可W為晶圓100的有源面,此時(shí),晶圓100級(jí)封裝方法同時(shí)是一種倒裝芯片(flip chip)封裝方法。
      [0036] 請(qǐng)繼續(xù)參考圖2,采用膠粘劑300將晶圓100的第一表面100A與基板200粘接在 一起。
      [0037] 本實(shí)施例中,膠粘劑300采用有機(jī)膠粘劑。雖然有機(jī)膠粘劑相對(duì)于無(wú)機(jī)膠粘劑300 而言,耐熱溫度較低,但是有機(jī)膠粘劑具有粘著速度快、不影響粘接結(jié)構(gòu)、易拆除、成本低和 粘接強(qiáng)度高等特點(diǎn),因此采用有機(jī)膠粘劑將晶圓100的第一表面100A與基板200粘接在一 起。具體的,有機(jī)膠粘劑可W為環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑。
      [003引 由于本實(shí)施例的晶圓100中,芯片單兀為圖像傳感器芯片單兀,因此,晶圓100的 第一表面100A上制作有感光陣列單元。此時(shí),基板200需要具有透光性能,W保證光線能 夠照射到圖像傳感器芯片單元中的感光陣列單元。所W本實(shí)施例中,基板200可W選用玻 璃基板,因?yàn)椴AЩ寰哂辛己玫耐腹庑阅?。但是,在本發(fā)明的其它實(shí)施例中,當(dāng)晶圓100 中的芯片單元不需要接收光照時(shí),基板200可W采用其它材料。
      [0039] 請(qǐng)繼續(xù)參考圖2,在晶圓100的第二表面100B形成隔絕層400a。
      [0040] 由于本實(shí)施例的膠粘劑300為有機(jī)膠粘劑,因此,其耐熱溫度較低,在形成純化層 時(shí),需要將溫度控制在20(TC W下,W防止膠粘劑300受熱過(guò)高而失去粘接作用。
      [0041] 本實(shí)施例中,隔絕層400a的材料可選用低溫氧化物。低溫氧化物的形成溫度較 低,因此,可W保證膠粘劑300不會(huì)受熱過(guò)高。進(jìn)一步的,本實(shí)施例中,低溫氧化物具體可W 為二氧化娃。
      [0042] 本實(shí)施例中,可采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法(Plasma Enhanced化emical Vapor D巧osition,陽(yáng)CVD)形成由二氧化娃組成的隔絕層400a。等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉 積法利用低溫等離子體作能量源,將晶圓100置于低氣壓下輝光放電的陰極上,利用輝光 放電(或另加發(fā)熱體)使晶圓100升溫到預(yù)定的溫度,然后通入適量的反應(yīng)氣體,氣體經(jīng)一系 列化學(xué)反應(yīng)和等離子體反應(yīng),在晶圓100表面形成固態(tài)薄膜,即隔絕層400a。
      [0043] 本實(shí)施例所采用的等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法中,等離子體中含有大量高能量 的電子,它們可W提供化學(xué)氣相沉積過(guò)程所需的激活能。電子與氣相分子的碰撞可W促進(jìn) 氣體分子的分解、化合、激發(fā)和電離過(guò)程,生成活性很高的各種化學(xué)基團(tuán),因而顯著降低化 學(xué)氣相沉積中薄膜沉積的溫度范圍,使得原來(lái)需要在高溫下才能進(jìn)行的化學(xué)氣相沉積過(guò)程 得W在低溫實(shí)現(xiàn)。除了能夠在低溫條件下實(shí)現(xiàn)薄膜沉積之外,等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 法本身還具有純化作用,所述純化作用可W進(jìn)一步提高所形成的隔絕層400a的隔離性能。
      [0044] 本實(shí)施例中,隔絕層400a的厚度如果太小,則不能夠起到很好的隔離作用,但是 如果隔絕層400a的厚度太大,則會(huì)增加后續(xù)工藝(例如在制作金屬互連線時(shí)需要在隔絕層 400a中開(kāi)孔)的難度,并且造成不必要的浪費(fèi),綜合考慮上述兩方面的因素,隔絕層400a的 厚度范圍可W為1000A?20000A。
      [0045] 請(qǐng)參考圖3,對(duì)隔絕層400a進(jìn)行激光熱退火處理。
      [0046] 圖4為光子能量與二氧化娃的吸收系數(shù)和吸收深度的關(guān)系曲線。由能級(jí)原理可 知,物質(zhì)吸收光子具有選擇性,只有特定能量的光子才會(huì)被二氧化娃吸收。從圖4中可W看 至IJ,當(dāng)光子能量為9eV時(shí),二氧化娃的吸收系數(shù)和吸收深度同時(shí)出現(xiàn)最大值,因此可知,二 氧化娃可吸收能量為9eV的光子,因此,本實(shí)施例選擇能量為9eV的近紫外光對(duì)二氧化娃進(jìn) 行所述激光熱退火處理。
      [0047] 本實(shí)施例中,激光500由激光發(fā)射元件(未顯示)產(chǎn)生。激光發(fā)射元件可W為紫外 連續(xù)光激光器,紫外連續(xù)光激光器可應(yīng)用晶體材料非線性效應(yīng)變頻方法產(chǎn)生紫外連續(xù)光, 并可根據(jù)需要設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)得到所需能量的激光。
      [0048] 本實(shí)施例中,激光發(fā)射元件形成的激光光束可W呈矩形或者圓形,當(dāng)為矩形時(shí),激 光光束的長(zhǎng)度可W為15. 13mm,寬度也可W為15. 13毫米。
      [0049] 退火時(shí),激光發(fā)射元件位于的隔絕層400a上,并形成激光光束照射在隔絕層400a 上,然后激光光束對(duì)隔絕層400a進(jìn)行照射。
      [0050] 退火時(shí),可W采用弧形投射(shot)方式(即激光500所形成的投射路徑為弧形) 對(duì)隔絕層400a進(jìn)行照射,即由激光發(fā)射元件所產(chǎn)生的激光光束對(duì)隔絕層400a投射,可按照 自下而上、左右來(lái)回的處理軌跡進(jìn)行,并且每次投射時(shí)間可W為15化S。
      [0051] 退火時(shí),可通過(guò)控制激光發(fā)射元件的功率控制激光500的光度(光度指發(fā)光強(qiáng)度 在指定方向上的密度)。并且,在激光發(fā)射元件和隔絕層400a表面之間還可W設(shè)置有均化 器,W使得激光光束中的光線均勻化。
      [0052] 本實(shí)施例中,如果退火處理的時(shí)間太長(zhǎng),則隔絕層400a中的原子未進(jìn)行良好的重 排,處理后的隔絕層400a密度仍然較小,結(jié)構(gòu)仍然較為松散,因此,仍然易發(fā)生剝離或者開(kāi) 裂,但是,如果退火處理的時(shí)間太長(zhǎng),則可能導(dǎo)致隔絕層400a的溫度傳遞到晶圓100,導(dǎo)致 晶圓100的溫度較高,從而使粘接晶圓100的膠粘劑300受熱過(guò)高而失去粘接作用。為此, 本實(shí)施例中,對(duì)整個(gè)晶圓100進(jìn)行激光熱退火處理的處理時(shí)間范圍控制在Imin?2min。
      [0053] 在上述退火時(shí)間范圍內(nèi),本實(shí)施例可W將隔絕層400a的溫度范圍控制在60(TC? 90(TC,并且由于每次投射持續(xù)的時(shí)間(150ns)很短,因此退火處理時(shí),晶圓100的溫度范圍 可W控制在20(TCW下,從而保證晶圓100中的其它結(jié)構(gòu)不受激光熱退火的影響,同樣保證 了膠粘劑300不受激光熱退火的影響。
      [0054] 請(qǐng)參考圖5,激光熱退火處理后形成了隔絕層40化,如圖5所示。
      [00巧]經(jīng)過(guò)激光熱退火處理之后,隔絕層40化的密度提高,密度提高既可W防止隔絕層 40化發(fā)生剝離或者開(kāi)裂,又可W提高防水能力,因此隔絕層40化不易吸水,隔離性能顯著 提高。由于隔絕層40化隔離性能提高,因此其能夠起到更好的隔離保護(hù)作用,并且采用所 述激光熱退火能夠僅對(duì)隔絕層進(jìn)行退火,其它結(jié)構(gòu)(例如膠粘劑300)不受所述激光熱退火 的影響,因此所述晶圓級(jí)封裝方法所封裝的結(jié)構(gòu)可靠性高。
      [0056] 請(qǐng)參考圖6,在隔絕層40化上形成金屬互連線(未顯示),然后繼續(xù)在隔絕層40化 上形成與所述金屬互連線電連接的焊盤610。之后在隔絕層40化和焊盤610上形成純化層 620,其中純化層620暴露出至少部分焊盤610。接著在純化層620暴露出的焊盤610上形 成凸塊下金屬層630,最后在凸塊下金屬層630上形成焊球640。
      [0057] 本實(shí)施例中,所述金屬互連線的材料可W為鉛。焊盤610的材料可W包括鉛、 銅、銀、金、媒、鶴中的一種或者多種的任意組合。純化層620的材料既可W是環(huán)氧樹(shù)脂 巧poxy)、聚醜亞胺(PI)、苯環(huán)下帰、聚苯惡哇等有機(jī)材料,也可W是氮化娃、氮氧化娃或者 氧化娃等無(wú)機(jī)材料。凸塊下金屬層630可W包括有擴(kuò)散層、勢(shì)壘層、潤(rùn)濕層和抗氧化層等多 層結(jié)構(gòu),并且凸塊下金屬層630可W通過(guò)物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition,PVD) 法或姍鍛(Sputtering)法形成。焊球640的材料可W為錫、錫銀、錫鉛、錫銀銅、錫銀鋒、錫 鋒、錫餓鋼、錫鋼、錫金、錫銅、錫鋒鋼或者錫銀鍵等金屬中的一種或者多種的任意組合,并 且焊球640中可W包括有活性劑,焊球640可通過(guò)電鍛工藝和回流焊工藝形成。
      [0058] 雖然本發(fā)明披露如上,但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員,在不脫離本 發(fā)明的精神和范圍內(nèi),均可作各種更動(dòng)與修改,因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)W權(quán)利要求所 限定的范圍為準(zhǔn)。
      【權(quán)利要求】
      1. 一種晶圓級(jí)封裝方法,其特征在于,包括: 提供晶圓及基板,所述晶圓具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面; 將所述晶圓的第一表面與所述基板粘接在一起; 在所述晶圓的第二表面形成隔絕層; 對(duì)所述隔絕層進(jìn)行激光熱退火處理; 在所述隔絕層上形成金屬互連線和焊盤,所述金屬互連線與所述焊盤電連接; 在所述隔絕層和所述焊盤上形成鈍化層,所述鈍化層暴露至少部分所述焊盤; 在所述焊盤上形成凸塊下金屬層; 在所述凸塊下金屬層上形成焊球。
      2. 如權(quán)利要求1所述的晶圓級(jí)封裝方法,其特征在于,所述隔絕層的材料包括低溫氧 化物,所述低溫氧化物的厚度范圍包括IOOOA?20000A。
      3. 如權(quán)利要求2所述的晶圓級(jí)封裝方法,其特征在于,所述低溫氧化物包括二氧化硅, 所述激光熱退火處理采用的激光為近紫外光,所述近紫外光的能量為9eV。
      4. 如權(quán)利要求3所述的晶圓級(jí)封裝方法,其特征在于,所述激光熱退火處理的對(duì)所述 晶圓的處理時(shí)間范圍包括Imin?2min。
      5. 如權(quán)利要求4所述的晶圓級(jí)封裝方法,其特征在于,對(duì)所述隔絕層進(jìn)行所述激光熱 退火處理時(shí),所述隔絕層的溫度范圍包括600°C?900°C。
      6. 如權(quán)利要求5所述的晶圓級(jí)封裝方法,其特征在于,對(duì)所述隔絕層進(jìn)行所述激光熱 退火處理時(shí),所述晶圓的溫度范圍控制在200°C以下。
      7. 如權(quán)利要求2所述的晶圓級(jí)封裝方法,其特征在于,采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉 積法在所述晶圓的第二表面形成所述隔絕層。
      8. 如權(quán)利要求1所述的晶圓級(jí)封裝方法,其特征在于,所述晶圓的第一表面制作有感 光陣列單元。
      9. 如權(quán)利要求1所述的晶圓級(jí)封裝方法,其特征在于,所述基板為玻璃基板。
      10. 如權(quán)利要求1所述的晶圓級(jí)封裝方法,其特征在于,所述膠粘劑為有機(jī)膠粘劑。
      【文檔編號(hào)】H01L21/50GK104465411SQ201310425771
      【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
      【發(fā)明者】何作鵬, 趙洪波, 沈哲敏, 張先明, 丁敬秀 申請(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司
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