晶圆级封装式半导体装置，及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及晶圆级芯片尺寸的半导体装置封装技术，特别地，是关于在装置晶圆 上的互补式金氧半导体(CMOS)影像传感器的封装。
【背景技术】
[0002] 利用CMO S技术制造的晶圆级芯片尺寸(W L - C S)封装的照相机，已被合并应用于高 容量消费性产品中的照相机，例如:移动装置和汽车。此种照相机包括具有画素数组的CMOS 影像传感器，其中每一画素包括可聚光的微透镜。在微透镜上发生污染状况，微透镜能够将 其黏附并使相关的画素失效。因此，WL-CS封装的一个功能是隔绝每个在晶圆上的CMOS影像 传感器远离该污染。晶圆级封装技术无法与此等微透镜接触，以防发生损坏它们的危险，而 且该封装技术必须是光学透明的，使得CMOS影像传感器上的光入射不会被过滤。
[0003] 图1描绘在装置晶圆122上方的载体晶圆124,其包括晶粒数组101，该晶粒数组的 每个包括在其上的半导体装置。在图1的实施例中，该半导体装置是CMOS影像传感器，其包 括微透镜数组100。装置晶圆122可由硅、硅锗、硅碳化物或在技术领域中使用的相同材料所 形成。载体晶圆124是WL-CS封装的一部分，其可由玻璃、塑料，或不阻碍半导体装置在晶粒 101上操作的任何材料所形成。在图1的实施例中，载体晶圆124是光学透明的，使得到达微 透镜数组100的光不会显著地被过滤。
[0004] 切割包括由载体晶圆124所封装的装置晶圆122的组件将导致WL-CS封装的影像传 感器，如图2中的现有技术的WL-CS封装影像传感器290。图2是Badehi的6，777，767号美国专 利所揭露的WL-CS封装影像传感器290的横剖面图。微透镜数组207被安装在基板202，其被 连接至导电垫212。导电垫212是被电性地连接到电接点208，该电接点是被电性地连接到导 电凸缘210。环氧物204将基板202黏合至封装层206的底部。间隔组件216将玻璃封装层224 从微透镜数组207分开，形成微透镜数组腔室220。环氧封胶218密封具有腔室高度221的腔 室220,在该腔室高度221的方向，环氧封胶218桥接于在封装层224和电接点208之间，及封 装层224和基板202之间的腔室220。
[0005] WL-CS封装影像传感器290的限制是，导电垫212的热膨胀系数（CTE )、间隔组件 216,和环氧封胶218是在制造过程中应可随温度变化而足以产生分层的分散，例如，在表面 安装制程期间。Weng等人的7,528,420号美国专利，阐述了将凹槽应用至载体晶圆324中的 此种限制，如图3所示。载体晶圆324被接合至装置晶圆322。载体晶圆324包括凹槽316，其导 致微透镜腔室320，每个微透镜腔室封入个别的微透镜数组307。凹槽316被光刻蚀刻到载体 晶圆324中。每个微透镜腔室320具有腔室高度321。
【发明内容】
[0006] -种封装半导体装置技术，包括具有在其上制造的半导体装置的装置晶粒。相对 该装置晶粒的载体层覆盖该半导体装置。坝体结构支撑该装置晶粒上的该载体层，该坝体 结构位于其间。该半导体装置还包括用于附着该坝体结构至该装置晶粒的第一密封部，和 用于附着该坝体结构至该载体层的附着装置。该装置晶粒、该坝体结构、及该载体层形成密 封腔室，该密封腔室封装该半导体装置。既非该第一密封部，亦非用以附着该坝体结构至该 载体层的该附着装置，也非它们其中的组合，独立地桥接该装置晶粒与该载体层之间的缝 隙。
[0007] -种半导体装置的封装方法，该半导体装置是形成于装置晶圆上，该方法包括形 成组件，该组件包括载体晶圆及在其上的多个坝体结构。在该形成步骤之后，该方法将该多 个坝体结构附着至该装置晶圆，以形成个别的多个封装式半导体装置。
【附图说明】
[0008] 图1描绘在装置晶圆上的载体晶圆，其包括多个晶粒上的数组，每个晶粒包括半导 体装置。
[0009] 图2是第一在先技术的WL-CS封装影像传感器的横剖面图。
[0010]图3是第二在先技术的WL-CS封装影像传感器的横剖面图。
[0011] 图4是实施例中，在载体晶圆和装置晶圆之间的间隔晶圆的透视图，其中，该装置 晶圆具有形成在其上的CMOS影像传感器数组。
[0012] 图5是一个实施例中，说明半导体装置的晶圆级封装的第一方法的流程图。
[0013] 图6绘示一个实施例中，CMOS影像传感器的芯片级封装的剖面图，该剖面图对应图 5所示的方法步骤。
[0014] 图7绘示一个实施例中，配置在载体晶圆上的共享壁坝体结构的平面图。
[0015] 图8绘示一个实施例中，在载体晶圆和装置晶圆之间的孔径间隔晶圆的透视图，该 装置晶圆具有形成在其上的CMOS影像传感器数组。
[0016] 图9绘示一个实施例中，说明半导体装置的晶圆级封装的第二方法的流程图。
[0017] 图10绘示一个实施例中，配置在载体晶圆上的专用壁坝体结构的平面图。
[0018] 图11绘示一个实施例中，说明使用专用壁坝体结构的半导体装置的晶圆级封装的 方法的流程图。
[0019] 图12绘示一个实施例中，微透镜数组的晶圆级封装的剖面图，该剖面图对应图11 所示的方法步骤。
[0020] 图13绘示一个实施例中，配置在载体晶圆上的共享壁坝体结构的平面图，其中，共 享壁坝体结构围绕每个专用壁坝体结构。
[0021] 图14A和图14B分别绘示一个实施例中，具有专用壁坝体结构及围绕外壁坝体结构 的封装半导体装置的平面图和剖面图。
【具体实施方式】
[0022] 微透镜腔室320的缺点是，蚀刻载体晶圆324若同时希望达到各向异性及光学质量 的光透射表面(例如，表面336)，需要干蚀刻制程，其具有相对缓慢的蚀刻速率。
[0023]被限定的腔室高度是已知微透镜腔室的第二个缺点，例如微透镜腔室320。微透镜 腔室320的高度被载体晶圆324的厚度所限制。举例来说，Schott的MEMpax?玻璃晶圆制品 的厚度，该最大标准的厚度为700微米(Mi)。此外，增加腔室高度321，例如，透过增加对载体 晶圆324的蚀刻深度，则会同时增加生产成本及实现可接受的蚀刻均匀性的难度。制作高度 从大约200微米到800微米的腔室高度的能力，可透过使微透镜数组307精确地放置在照相 机成像透镜轴向对准于其的焦点平面，来改进影像传感器的性能。
[0024]本发明揭示封装半导体装置及相关的方法，其潜在地减少如前述与不匹配的热膨 胀系数相关的分层问题。这些装置和方法，也有利于保持抗化学腐蚀性和载体晶圆的光学 质量，同时提供更大的腔室高度。
[0025]图4是载体晶圆424和装置晶圆422之间的间隔晶圆436的透视图，其中该装置晶圆 具有形成于其上的CMOS影像传感器数组。每个CMOS影像传感器包括微透镜数组407。载体晶 圆424和装置晶圆422分别与图1中的载体晶圆124和装置晶圆122相同。
[0026]载体晶圆424可由具有工程化以匹配硅的热膨胀系数(CTE)的玻璃形成。此种玻璃 包括来自康宁（Corning)公司（康宁，纽约州，美国）的Corning t半导体玻璃晶圆、来自豪雅 (Hoya Corporation)(圣克拉拉，加州，美国）的SD-2基板，和来自肖特集团（Schott AG)(美 茵茨，德国）的MEMPax?。在150°C至450°C之间，这些材料的热膨胀系数约为3.5ppm/K。这 些材料的CTE和硅之间的相对差小于15%的硅的CTE。
[0027]本发明在此揭示的方法中，间隔晶圆436是处理以形成类似于腔室220(图2)和腔 室320(图3)的腔室部分。为了避免发生与WL-CS封装影像传感器290相关的分层风险，用于 间隔晶圆436的候选材料包括硅、玻璃或具有在温度20°C和450°C之间与该载体晶