一种生物识别芯片的晶圆级制备方法及生物识别芯片与流程

本发明实施例涉及半导体制备技术领域，尤其涉及一种生物识别芯片的晶圆级制备方法及生物识别芯片。

背景技术：

目前生物识别技术主要是通过光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技技术手段密切结合，利用人体固有的生理特性(如生物、脸象、虹膜等)来进行个人身份的鉴定。而生物具有终身不变形，唯一性和方便性等特征，通过生物识别系统能够将采集到的生物进行处理后快速准确的进行身份认证，所以其在个人身份鉴定中的使用重要性越发突出。

图1a-1c为现有技术中一种生物识别芯片的结构示意图。如图1a-1c所示，芯片包括衬底基板11，衬底基板11上有键合焊垫12并在其下方开设有通孔，所述衬底基板11的下表面形成有介电绝缘层13，在介电绝缘层13上形成重布线层14，在重布线层14上还设置有焊盘16，并在形成焊盘16的重布线层14上形成防焊层图案15，且裸露出焊盘16。具体制备过程中：对重布线层14的下表面涂覆防焊层材料，盖满整个背面，通过光刻技术只将焊接用的焊盘锡球底部金属层露出。

现有的芯片是将整个生物识别芯片的背面涂覆防焊层材料，由于防焊层材料的热应变物理性能，导致在加热固化的过程中，防焊层受热发生形变，由此导致施加在芯片上的拉力增加，使得芯片内部应力大，使得制备之后芯片的翘曲现象严重，影响了模组组装良率和产品性能。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种生物识别芯片的晶圆级制备方法及生物识别芯片，以改进制备过程，从而改善芯片内应力所致的翘曲现象。

第一方面，本发明实施例提供了一种生物识别芯片的晶圆级制备方法，该方法包括：

在芯片的衬底基板背面制备介电绝缘层，在所述介电绝缘层上制备重布线层和焊盘；

在形成有焊盘的表面上形成防焊层图案，其中，所述防焊层图案暴露出所述焊盘，且包括保护区域图案，所述保护区域图案为所述焊盘周边设定范围的图案；

对所述防焊层图案进行烘烤固化。

第二方面，本发明实施例还提供了一种生物识别芯片，该生物识别芯片包括：

衬底基板；

介电绝缘层，设置在所述衬底基板的背面；

重布线层和焊盘，设置在所述介电绝缘层上；

防焊层图案，包括保护区域图案，部分覆盖在所述重布线层上，且暴露出所述焊盘，其中，所述保护区域图案为所述焊盘周边设定范围的图案。

本发明实施例通过改进生物识别芯片的制备过程，在形成有焊盘的表面上形成防焊层图案，所述防焊层图案暴露所述焊盘，同时保护焊盘周边设定的环形防焊层，能够改进传统芯片制备工艺，除掉芯片衬底基板上的大面积防焊层材料，改善由于防焊层材料的热应变物理性能，导致芯片内部应力大，芯片内应力引起芯片翘曲严重的问题，提高模组组装良率和产品性能。

附图说明

图1a是现有技术提供的一种生物识别芯片的剖面图；

图1b是现有技术提供的一种生物识别芯片的仰视图；

图1c是现有技术提供的一种生物识别芯片的俯视图；

图2是本发明实施例一提供的一种生物识别芯片的晶圆级制备方法的流程示意图；

图3是本发明实施例二提供的一种生物识别芯片的晶圆级制备方法的流程示意图；

图4是本发明实施例三提供的一种生物识别芯片的晶圆级制备方法的流程示意图；

图5a是本发明实施例四提供的一种生物识别芯片的剖面图；

图5b是本发明实施例四提供的一种生物识别芯片的仰视图；

图5c是本发明实施例四提供的一种生物识别芯片的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图2是本发明实施例一提供的一种生物识别芯片的晶圆级制备方法的流程示意图。本实施例可适用于生物识别芯片制备的情况，图5a-5c是本发明实施例所制备得到的生物识别芯片的结构示意图，本发明实施例提供的一种生物识别芯片的晶圆级制备方法包括：

步骤110、在芯片的衬底基板背面制备介电绝缘层，在所述介电绝缘层上制备重布线层和焊盘。

其中，如图5a-5c所示，介电绝缘层13位于芯片衬底基板11的下表面，重布线层14和焊盘16位于所述介电绝缘层13上。例如提供的芯片衬底基板11可以是硅片，在芯片衬底基板11的下表面制备有不导电的介电绝缘层13，其中，介电绝缘层用来保持线路和各层之间的绝缘性。并在所述的介电绝缘层13上分布有金属重布线和焊盘16，得到重布线层14和焊盘16结构。其中，焊盘16的一端通过重布线层14与芯片表面的键合焊垫12相连，键合焊垫12与感应区域的导电线路17相连，另一端与外部进行焊接。例如连接的焊盘可以是焊锡焊盘16。

步骤120、在形成有焊盘的表面上形成防焊层图案，其中，所述防焊层图案暴露出所述焊盘，且包括保护区域图案，所述保护区域图案为所述焊盘周边设定范围的图案。

其中，如图5b所示，在形成有焊盘16的芯片衬底基板11上设置有防焊层图案15，所述的防焊层图案15包括暴露的焊盘16且包括所述焊盘周边设定范围的图案。例如：保护区域图案可以根据焊盘大小与形状制定。

步骤130、对所述防焊层图案进行烘烤固化。

其中，如图5b所示，对设置防焊层图案15的芯片衬底基板11可以在高温条件下烘烤固化，使得防焊层材料以图形化的方式定型在芯片背面。

上述制备方法为晶圆圆片级加工工艺，本发明实施例所提供的技术方案，通过在形成有焊盘的表面上形成防焊层图案，其中，所述防焊层图案暴露出所述焊盘，且包括保护区域图案，所述保护区域图案为所述焊盘周边设定范围的图案，去除在芯片衬底基板上多余的防焊层材料，改进传统芯片制备工艺，改善了由于防焊层材料本身的热应变物理性能，导致芯片的内应力变大，引起芯片翘曲严重的问题，降低了生物识别芯片的翘曲度，提高模组组装良率和产品性能。

在上述技术方案的基础上，所保护区域图案优选是环形防焊层，围设在所述焊盘周边。其中环的形状可以是圆形、方形和矩形等，主要是依靠焊盘的形状进行确定。且所述环的直径优选为大于等于50μm，小于等于1000μm。具体的环直径大小按芯片衬底基板11的实际大小进行确定，其部分覆盖在焊锡焊盘16上，起到稳定焊锡作用，防止焊锡在焊接过程中，沿着导电线路运动。

在上述技术方案的基础上，在芯片的衬底基板背面制备介电绝缘层之前的准备工作优选可以是：对所述衬底基板进行研磨减薄；对所述衬底基板进行通孔蚀刻。

其中，在芯片的衬底基板11背面制备介电绝缘层13之前，对设置有键合焊垫12的衬底基板11进行研磨减薄是为了去除多余的衬底基板厚度；对衬底基板11进行通孔刻蚀是为了便于重布线穿过通孔与基板上表面的键合焊垫12相连接。

在上述技术方案的基础上，对所述防焊层图案进行烘烤固化之后的后期工作优选可以是：将所述衬底基板进行切割，得到多个生物识别芯片。

其中，对所述防焊层图案15进行烘烤固化以后，可以对衬底基板11进行切割处理，得到的多个生物识别芯片，便于进行芯片封装。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的一种生物识别芯片的晶圆级制备方法的流程示意图，图5a-5c是本发明实施例所制备得到的生物识别芯片的结构示意图。本实施例在上述实施例一的基础上进行优化，具体是在形成有焊盘的表面上形成防焊层图案的具体方法包括：在形成有焊盘的表面上涂覆防焊层材料，形成防焊层；将形成防焊层的所述衬底基板进行预固化处理；采用预设图案的光刻掩膜版对所述衬底基板的防焊层进行曝光，并进行显影处理，以刻蚀掉所述防焊层暴露出所述焊盘，并保留保护区域图案。相应的，本实施例的方法包括：

步骤210、在芯片的衬底基板背面制备介电绝缘层，在所述介电绝缘层上制备重布线层和焊盘。

步骤220、在形成有焊盘的表面上涂覆防焊层材料，形成防焊层。

其中，如图5a-5c所示，将重布线层14连接有焊盘16，在焊盘16的表面上涂覆有防焊层材料，形成防焊层。其中，涂覆的防焊层材料可以通过旋涂喷涂、窄缝涂布或滴涂在芯片衬底基板16上。

步骤230、将形成防焊层的所述衬底基板进行预固化处理。

其中，如图5a-5c所示，对形成防焊层的芯片衬底基板11可以在较低的烘烤温度下进行预固化处理，得到定型结构。

步骤240、采用预设图案的光刻掩膜版对所述衬底基板的防焊层进行曝光，并进行显影处理，以刻蚀掉所述防焊层暴露出所述焊盘，并保留保护区域图案。

其中，光刻技术是指紫外光通过光刻掩膜版照射到附有防焊层材料的衬底表面，引起曝光区域的防焊层材料发生光化学反应；再通过显影技术溶解去除曝光区域或未曝光区域的防焊层材料，使掩膜版上的图形被复制到防焊层上；最后利用刻蚀技术将图形转移到基板上。

其中，如图5a-5c所示，对光刻技术处理后所得到的防焊层暴露有焊盘16，且保留保护区域图案，其中得到需要保留的区域可以为防焊层图案15。并且，光刻胶(防焊层材料)可以是正光刻胶或负光刻胶。

步骤250、对所述防焊层图案进行烘烤固化。

本发明实施例所提供的技术方案，通过利用预设图案的光刻掩膜版对防焊层进行曝光和显影处理，刻蚀掉防焊层上多余的防焊层材料，并暴露焊盘及焊盘周边保护区域的防焊层图案，改善了由于防焊层材料本身存在热应变物理性能，导致芯片的内应力变大，引起芯片翘曲严重的问题，降低了生物识别芯片的翘曲度，提高模组组装良率和产品性能。

实施例三

图4为本发明实施例三提供的一种生物识别芯片的晶圆级制备方法的流程示意图，图5a-5c是本发明实施例所制备得到的生物识别芯片的结构示意图。本实施例在上述实施例一的基础上进行优化，具体是在形成有焊盘的表面上形成防焊层图案的具体方法包括：将预先设计的图形化丝网与所述的芯片衬底基板进行对位；对丝网布置的所述芯片衬底基板印刷防焊层材料，并暴露焊盘及焊盘周边设定范围的图案，以形成防焊层图案；将形成防焊层图案的所述衬底基板进行预固化处理。相应的，本实施例的方法包括：

步骤310、在芯片的衬底基板背面制备介电绝缘层，在所述介电绝缘层上制备重布线层和焊盘。

步骤320、将预先设计的图形化丝网与所述的芯片衬底基板进行对位。

其中，如图5a-5c所示，将预先设计和制作好图形化的丝网与所述的芯片衬底基板11进行精准的对位，例如可以将焊盘16的位置及其需要保护的区域与丝网进行准确定位，以得到暴露的焊盘16及焊盘周边保护区域图案。

步骤330、对丝网布置的所述芯片衬底基板印刷防焊层材料，并暴露焊盘及焊盘周边设定范围的图案，以形成防焊层图案。

其中，如图5a-5c所示，在丝网布置的芯片衬底基板11印刷有防焊层材料，并暴露有焊盘16及焊盘周边防焊层图案15。例如丝网印刷技术是指印刷时通过刮板的挤压，使防焊油墨通过部分网孔转移到芯片衬底基板11上。其中，本发明实施例中，丝网印刷技术中对防焊油墨材料无光刻性能限制，可以是非光刻类的防焊层材料。

步骤340、将形成防焊层图案的所述衬底基板进行预固化处理。

其中，如图5a所示，对形成防焊层图案15的芯片衬底基板11在较低的烘烤温度下预固化处理，得到固定的防焊层图形。

步骤350、对所述防焊层图案进行烘烤固化。

本发明实施例所提供的技术方案，通过在芯片的衬底基板上采用丝网印刷的技术手段，可以直接得到需要的防焊层图案，不需要进行传统工艺的光刻技术，简化工艺过程，节省生产成本。同时改善了由于防焊层材料本身的热应变物理性能，导致芯片的内应力变大，引起芯片翘曲严重的问题，减少了防焊层材料在衬底基板的覆盖率，从而降低了生物识别芯片的芯片翘曲度，提高模组组装良率和产品性能。

实施例四

图5a是本发明实施例四提供的一种生物识别芯片的剖面图，图5b是本发明实施例四提供的一种生物识别芯片的仰视图，图5c是本发明实施例四提供的一种生物识别芯片的俯视图。

本发明实施例还提供一种生物识别芯片，该生物识别芯片可使用本发明中任意实施例提供的一种生物识别芯片的晶圆级制备方法获得，如图5a-5c所示，该生物识别芯片包括：

衬底基板11、介电绝缘层13、重布线层14和焊盘16、以及防焊层图案15；其中，介电绝缘层13设置在所述衬底基板11的背面；重布线层14和焊盘16设置在所述介电绝缘层13上；防焊层图案15包括保护区域图案，部分覆盖在所述重布线层14上，且暴露出所述焊盘16，其中，所述保护区域图案为所述焊盘周边设定范围的图案。

具体的，衬底基板11为制造芯片的基板结构，通常为硅片。

其中，芯片包括衬底基板11，衬底基板上键合焊垫12与感应区域的导电线路17相连接，同时在芯片衬底基板11上开设有通过衬底基板的通孔，重布线层14与键合焊垫12在衬底基板的通孔里相互连接导通，所述衬底基板11的下表面形成有介电绝缘层13，介电绝缘层13用于保持线路与各层之间的绝缘性。

其中，在设置介电绝缘层13的芯片衬底基板11上设置有金属重布线，在重布线层14上还设置有焊盘16，并在形成焊盘16的重布线层14上连接有防焊层图案15。其中，焊盘16的一端可以通过重布线与芯片衬底基板11的键合焊垫12相连接导通，键合焊垫12与衬底基板上感应区域的导电线路17相连，焊盘16的另一端可进行焊接。

其中，防焊层图案15包括裸露的焊盘16及保护区域图案，保护区域图案为所述焊盘周边设定范围的图案，主要作用是防焊。

进一步地，上述所述保护图案为环形，且所述环形直径大于或等于50μm，小于或等于1000μm。环形防焊层主要根据焊盘的形状来设计，其直径的大小可以根据芯片衬底基板11的实际大小与焊盘16大小进行选择，从而可以制备多种不同需求的芯片。

进一步地，为了适应现在电子设备的封装需求，防焊层材料的选择可以为可光刻防焊油墨，采用光刻工艺制成。光刻防焊油墨在进行光刻过程中，进行曝光和显影技术，得到具体需要的防焊层结构。

进一步地，为了优化对生物识别芯片的制备工艺，防焊层材料的选择可以为无光刻性能限制的防焊油墨，通过丝网印刷技术，得到具体需要的防焊层结构。

作为优选，在提供的芯片衬底基板11的正面设置有键合焊垫12和感应区域的导电线路17，所述衬底基板11的背面设有焊锡焊盘16。

本发明实施例提供的生物识别芯片可以为指纹识别的芯片，相比现有技术来说，本发明实施例提供的一种生物识别芯片，减少了芯片上防焊层材料的覆盖率，可以达到降低芯片内应力，改善芯片翘曲现象，提高模组组装良率和产品性能。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。