CN100459140C - 固态成像器件及其制造方法和照相机模块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固态成像器件及其制造方法和照相机模块。由红外截止滤光层、低通滤光层等等组成的滤光层形成在玻璃基片上。该滤光层通过粘附或沉积制成。将带有该滤光层的玻璃基片粘附到其中成像区域排列成矩阵的半导体晶片上。沿每个成像区域将该玻璃基片和半导体晶片切割成小方块以分开各个固态成像器件。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于将光学图像转换成图像信号的固态成像器件上的改进，以及该固态成像器件的制造方法，和采用该固态成像器件的照相机模块。
背景技术
数字照相机和摄像机已经更加普遍采用固态成像器件。普通型的固态成像器件具有一个固态成像芯片(或裸芯片)，一个容纳该固态成像芯片的陶瓷封装(package)，和一个密封该封装的透明玻璃盖板。在该固态成像芯片上，配备有多个电极极板。通过引线接合法(wire bonding)将这些电极极板连接到封装的内部接线端子上，然后将该封装的外部接线端子粘结在安装板上，这将在安装板中建立成像芯片到电路的电气连接。
该固态成像器件也可用于便携式电子装置中，例如蜂窝式电话和电子记事本(electronic agendas)(或个人数字助理(personal digitalassistances))，以给其提供图像拾取功能。为了方便地提供该图像拾取功能，提供一种组合照相机模块，其中固态成像器件、带有图像拾取光学系统的光学单元和带有控制电路的安装板被装配在一起。
图12显示了一种常规照相机模块，其采用了陶瓷封装型固态成像器件41。该照相机模块由固态成像器件41、光学单元48和安装板47组成。该固态成像器件41由固态成像芯片44、容纳该固态成像芯片44的封装45和密封该封装45的玻璃盖板46构成，并且该固态成像器件41被粘附到安装板47上。该固态成像芯片44设置有带有成像区域42a的半导体基片42，和粘附在成像区域42a上的微透镜阵列43，其中该成像区域42a具有多个排列成矩阵的像素。光学单元48包括容纳该固态成像器件41的外罩部分48a和保持摄像镜头49的镜筒48b，并且该光学单元48被安装到安装板47上。
上述照相机模块使用红外截止滤光片52和低通滤光片53来改善成像质量。另外，抗反射滤光片54可以粘附在玻璃盖板46的上表面上，以防止入射光在固态成像器件41内部漫反射。由于红外截止滤光片52和低通滤光片53被放置在光学单元48中的固态成像器件41和摄像镜头49之间，因此它们的连接空间会造成照相机模块体积增大。该问题的一种解决方案在日本已公开专利公开号2004-064272中表明，其公开了一种在其玻璃盖板上有一片红外截止滤光片的固态成像器件。
另外，为了减少便携式电子装置的尺寸，该固态成像器件最好是小的。而且日本已公开专利公开号2002-231921公开了一种使用晶片级(waferlevel)芯片尺寸封装(下文中称为WLCSP)的固态成像器件，该封装被封装在晶片上。申请人在2004年5月6日提出了美国申请号为10/839,231的一种采用WLCSP型固态成像器件的照相机模块。
WLCSP型固态成像器件和裸芯片一样的小，并且其由带有微透镜阵列的半导体基片和粘附到该半导体基片上的玻璃盖板组成，其中玻璃盖板用于保护固态成像器件中的成像元件。在几个毫米平方的外部尺寸下，如此小的WLCSP型成像器件使得很难在其玻璃盖板上粘附滤光片。
另外，虽然单块八英寸的半导体基片可以制造出多至两千个的固态成像器件，但是在这样大量的固态成像器件的每一个上形成滤光层将导致制造成本和工序步骤都会增加。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的主要目的在于提供一种以低成本形成在WLCSP型固态成像器件的玻璃盖板上的滤光片。
为了实现本发明的上述目的和其它目的，一大块滤光层在基片组件切割成单个成像器件前形成在透明基片上。在基片组件中，透明基片粘附在基片晶片上，多个成像区域形成在该透明基片上，同时保持由围绕每一个成像区域的隔板形成的预定间隙。
滤光层由粘附在透明基片上的滤光板或滤光片组成，或由沉积在透明基片上的滤光薄膜组成，而且包括红外截止滤光片、低通滤光片和抗反射滤光片等等一些的滤光片。
本发明的固态成像器件的制造方法包括在透明基片的表面上形成滤光层的工序、将透明基片粘附到具有多个成像区域的半导体晶片的工序，和沿每个成像区域切割透明基片和半导体晶片的工序。在本发明的另一实施方案中，滤光层在将透明基片粘附到带有多个成像区域的半导体晶片之后，形成在该透明基片的表面。
滤光层的形成步骤通过将滤光板或滤光片粘附到透明基片上来完成。
本发明的照相机模块配备有电路板、光学单元和成像器件。该成像器件放置在光学单元内部，并且将该光学单元和成像器件一起粘附到电路板上。在该成像器件中，在半导体基片上的成像区域被透明基片封装，同时保持以隔板形成的预定间隙。该半导体基片和透明盖板通过切割其上带有多个成像区域的半导体晶片和带有一滤光层的透明基片成块而形成。
根据本发明，滤光层可形成在WLCSP型固态成像器件的玻璃盖板上，该WLCSP型固态成像器件具有几个毫米平方一样小的外部尺寸。这种构型能使照相机模块小型化，并且最终能使包括有上述照相机模块的便携式电子装置小型化。
在玻璃盖板表面上的该滤光层可以是红外截止滤光片、低通滤光片、抗反射滤光片等等一些的滤光片，此外，其可通过粘附或沉积来获得。因此有可能根据固态成像器件和照相机模块的性能和用途，来选择一种适当的形成滤光层的种类和方法组合。
此外，将介绍的操作仅仅在透明基片的表面上增加了滤光层，因此其可能会将成本的提高降到最少。
附图说明
本发明的上述和其它特征和优点将通过下面结合附图对优选实施方案的详细描述而变得清楚，附图仅以说明的方式给出，因此并不限制本发明。在附图中，相同的附图标记表示全部几个图中类似或相应的部分，其中：
图1是说明本发明中的照相机模块构造的横截面图；
图2是固态成像器件的外部透视图；
图3是固态成像器件的横截面图；
图4是说明固态成像器件的制造过程的流程图；
图5A至5D是说明固态成像器件的制造过程的横截面图；
图6是带有滤光片的半导体晶片和玻璃基片的透视图；
图7是配备有红外截止滤光层和低通滤光层的固态成像器件的横截面图；
图8是说明红外截止滤光层和低通滤光层通过薄膜沉积处理形成在玻璃基片上的状态的横截面图；
图9是抗反射层通过薄膜沉积形成在其中的固态成像器件的横截面图；
图10A至10D是说明在玻璃基片上形成抗反射层的工序的固态成像器件的横截面图；
图11是配备有抗反射层、红外截止滤光层和低通滤光层的固态成像器件的横截面图；以及
图12是常规照相机模块的横截面图。
具体实施方式
现参照图1，照相机模块2包括固态成像器件3、安装固态成像器件3的安装板4和连接到安装板4上的光学单元6。该光学单元6具有放置在固态成像器件3上方的摄像镜头5。
如图2和图3所示，固态成像器件3由成像芯片8、隔板11、玻璃盖板12和形成在玻璃盖板12上的滤光层组成。滤光层至少包括一个红外截止滤光层13和一个低通滤光层14。
成像芯片8由半导体基片10和微透镜阵列9构成。半导体基片10是从硅晶片上切割下的芯片，且成像区域10a形成在其上。成像区域10a，如通常所知道的，包括排列成矩阵的多个像素，这些像素的每一个都具有光电转换功能和电荷积累功能。虽然该实施方案使用了由光电二极管和电荷耦合器件(CCD)组成的CCD型成像区域，但是也可以使用由光电二极管和MOS开关组成的MOS型成像区域。
将镶嵌式(mosaic)滤光片粘附在成像区域10a上，以使镶嵌式滤光片的红色区域、绿色区域或蓝色区域中的一个直接布置在其对应像素的上方。另外，将微透镜阵列9粘附在镶嵌式滤光片上，因此单个微透镜的位置与每一个像素一致。
隔板11具有在中间的开口17的正方形形状，并将其粘附到半导体基片10的上表面上，以便围绕成像区域10a。隔板11由例如硅等无机材料制成。隔板11在微透镜阵列9和玻璃盖板(即透明盖板)12之间形成一个间隙，以防止微透镜阵列9与玻璃盖板12的物理接触。
玻璃盖板12粘附到隔板11的上表面以覆盖开口17。玻璃盖板12还可以由低α射线(alpha-ray)发射的玻璃制成，用以保护成像区域10a的每个像素免受α射线的损坏。
半导体基片10上隔板11的外部，配备有多个外部接线端子20。该外部接线端子20经过半导体基片10表面上的布线连接到成像区域10a上。外部接线端子20通过引线接合法连接到安装板4上。
红外截止滤光层13和低通滤光层14改善了固态成像器件3捕获图像的质量。红外截止滤光层13阻挡特定波长范围的红外线，消除了由红外光造成的鬼影和图像模糊。低通滤光层14阻挡空间频率中的高频分量，消除了假色和莫尔效应(moire effect)。由于红外截止滤光层13和低通滤光层14粘结(bond)在玻璃盖板12上，因此光学单元6不再需要专门用于它们的连接空间，照相机模块2由此可被小型化。此外，在玻璃盖板12的上表面或下表面上还可以配备抗反射滤光层，以防止入射光在固态成像器件3内部漫反射。
安装板4是刚性板，由环氧玻璃板(glass epoxy board)或陶瓷板制成，并且粘附到固态成像器件3和光学单元6两个上。安装板4配备有用于固态成像器件3的驱动电路。光学单元6包括摄像镜头5和镜头架23。镜头架23包括粘附到安装板4以覆盖固态成像器件3的盒状底座部分23a和保持摄像镜头5的圆柱形镜筒23b。
下面参照图4的流程图描述固态成像器件3的制造过程。在第一工序中，滤光层形成在玻璃基片26上，其是玻璃盖板12的基底材料。如图5A和图6所示，滤光层通过用粘合剂29将红外截止滤光基片27和低通滤光基片28结合到玻璃基片26上形成。该红外截止滤光基片27和低通滤光基片28具有和玻璃基片26基本一样的尺寸。
粘合剂29可以是紫外粘合剂，其在固化后变为透明的。粘合剂29以均匀的厚度涂敷在玻璃基片26的整个表面上。为了防止基片间进入空气，玻璃基片26，例如在真空环境下，粘附到红外截止滤光基片27上。在粘附后，玻璃基片26和红外截止滤光基片27中的一个被真空吸住而另一个被大气压力挤压，以使它们相互坚固地粘在一起。随后，透过该玻璃基片26的紫外线辐射固化粘合剂29，因此玻璃基片26和红外截止滤光基片27紧紧地装配在一起。与上述相同的粘附工序可以应用于红外截止滤光基片27上的低通滤光基片28，因此将省去其详细描述。
如图5B所示说明该第二工序，多个隔板11形成在玻璃基片26的下表面上。隔板11通过下述工序形成。首先，将用于隔板的硅晶片用粘合剂粘附到玻璃基片26的下表面上。其次，用光刻法将具有隔板11形状的抗蚀剂掩模形成在硅晶片上。最后，硅晶片上没有抗蚀剂掩模的部分被等离子刻蚀除去，以在玻璃基片26上形成多个隔板11。在刻蚀后，在硅晶片上的剩余的抗蚀剂掩模通过灰化(ashing)等等来除去。
图5C和图6显示第三工序，其中玻璃基片26和半导体晶片32用粘合剂粘附到一起。多个成像区域10a形成在半导体晶片32上，在每个成像区域上粘附有微透镜阵列9。在该工序中，将使用对准和结合装置。参照它们相应方向上的平面26a和32a，对准和结合装置在XY和旋转方向上对玻璃基片26和半导体晶片32实施面对面的对准。通过对准和结合装置的叠加和压缩，玻璃基片26和半导体晶片32用粘合剂粘附在一起以形成基片组件。在该附件上，微透镜阵列9的每一个被半导体晶片32上的隔板11和玻璃基片26密封，以保护其免受随后工序中的灰尘的影响。
图5D示出了第四工序，其中玻璃基片26、两个都粘附到玻璃基片26上的红外截止滤光基片27和低通滤光基片28，以及半导体晶片32一起被切割成小方块。在该工序中，利用附着于玻璃基片26上的切割带将基片组件放置在切割设备上。在基片组件上浇注冷却水的同时，该切割设备，使用例如由粘结有树酯的金刚石磨粒制成的金属树酯砂轮，沿每个固态成像器件3切割下玻璃基片26、红外截止滤光基片27、低通滤光基片28和半导体晶片32。此外，也可能先将玻璃基片26切割成小方块，然后再将基片晶片32切割成小方块。
当使用八英寸的晶片时，同时可获得多至两千个固态成像器件3。单独将红外截止滤光片13和低通滤光片14粘附到该两千个固态成像器件3的每一个上可能需要相当多的制造成本和工序步骤。但是，在该实施方案中，红外截止滤光基片27和低通滤光基片28在玻璃基片26和半导体晶片32一起被切割之前粘附到玻璃基片26上。这个方法只需要一次粘附滤光片的工序，并由此显著地减少了制造成本和工序步骤。
完整的固态成像器件3要经受功能试验，然后与光学单元6一起被粘附到安装板4上，以组成照相机模块2。照相机模块2包含在例如蜂窝式电话等的便携式电子装置中。由于在固态和低通滤光片成像器件3的玻璃盖板12上形成有红外截止滤光基片13和低通滤光基片14，该实施方案的照相机模块2能够使光学单元6小型化，并且实际上，还有助于使包含照相机模块2的便携式电子装置进一步小型化。
虽然在上述实施方案中滤光层通过将片状或板状红外截止滤光基片27和低通滤光基片28粘附到玻璃基片26来形成，但是也可能通过在玻璃盖板35上沉积红外截止滤光层37和低通滤光层36来形成，如图7所示的固态成像器件34。
在图8中，滤光层通过CVD(化学汽相沉积)设备、真空汽相沉积设备等等形成在玻璃基片38上，其中玻璃基片38是玻璃盖板35的基底材料。如同上述第一实施方案一样，形成隔板的工序、将玻璃基片35粘附到半导体晶片上的工序、和切割的工序将按顺序进行以同时制造多个固态成像器件34。
即使在该实施方案中，在多个固态成像器件34上形成滤光层也只需要一个沉积工序，因此其制造成本和工序步骤比每个固态成像器件都经过沉积工序的情况要少很多。
在前述任一实施方案中，在玻璃基片粘附到半导体晶片上之前，滤光层形成在玻璃基片上。但是也可以在滤光层通过粘附或沉积薄膜而形成在玻璃基片上之前，将玻璃基片粘附到半导体晶片上。
另外，图9中所示的固态成像器件60在玻璃盖板61面对微透镜阵列62的表面上配备有抗反射滤光层63，以防止入射光在固态成像器件60内部漫反射。
如图10A所示，为了制造固态成像器件60，抗反射滤光层63通过例如CVD或真空汽相沉积的薄膜沉积形成在玻璃基片65的表面上，其中玻璃基片65是玻璃盖板61的基底材料。接着如图10B所示，多个隔板67形成在抗反射滤光层63上。然后，如图10C所示，玻璃基片65粘附到半导体晶片68上。此时，半导体晶片68具有和图5C所示的半导体晶片32相同的构型，因此将省去其详细描述。最后，如图10D所示，沿每个微透镜阵列62将玻璃基片65和半导体晶片68切割成小方块。这种方法可提供在玻璃盖板61的下表面即面对微透镜阵列62的表面带有抗反射滤光层63的固态成像器件60。抗反射滤光层还可以通过在玻璃基片上粘附抗反射滤光板或片来形成。
在图11所示的固态成像器件70中，抗反射滤光层73通过薄膜沉积处理形成在玻璃盖板71的下表面上。红外截止滤光层74和低通滤光层75通过粘附或沉积形成在玻璃盖板71的上表面上。当多个滤光层形成在固态成像器件中时，另外，一些滤光层可以通过粘附形成，而其他滤光层可以通过沉积形成。
如上所述，本发明并不限制为上述实施方案，本文包含的内容都是说明性质的，其并不限制本发明的范围。因此显然可以在权利要求的范围和精神内进行变化和更改。
Claims (23)
1.一种固态成像器件，通过在保持由围绕每一个成像区域的隔板形成的预定间隙的同时将透明基片粘附在具有多个成像区域的半导体晶片上，然后沿每个成像区域切割所述透明基片和所述半导体晶片成块来形成，所述固态成像器件包括：
形成在所述透明基片第一表面上的滤光层，所述滤光层与所述透明基片一起被切割成块，
其中所述滤光层是沉积在所述透明基片的所述第一表面上的滤光薄膜，以及
其中所述隔板通过下述工序形成：将用于隔板的硅晶片用粘合剂粘附到透明基片的与第一表面相对的第二表面上；用光刻法将具有所述隔板形状的抗蚀剂掩模形成在所述硅晶片上；用等离子刻蚀除去没有抗蚀剂掩模的部分。
2.如权利要求1所述的固态成像器件，其特征在于：
所述滤光层是粘附在所述透明基片上的滤光板或滤光片。
3.如权利要求2所述的固态成像器件，其特征在于：
所述滤光层形成在所述透明基片的上表面上。
4.如权利要求2所述的固态成像器件，其特征在于：
所述滤光层是红外截止滤光片。
5.如权利要求2所述的固态成像器件，其特征在于：
所述滤光层是低通滤光片。
6.如权利要求2所述的固态成像器件，其特征在于：
所述滤光层是低通滤光片和红外截止滤光片的叠加层。
7.如权利要求1所述的固态成像器件，其特征在于：
所述滤光层形成在所述透明基片的上表面上。
8.如权利要求1所述的固态成像器件，其特征在于：
所述滤光层形成在所述透明基片的下表面上。
9.如权利要求1所述的固态成像器件，其特征在于：
所述滤光层是红外截止滤光片。
10.如权利要求1所述的固态成像器件，其特征在于：
所述滤光层是低通滤光片。
11.如权利要求1所述的固态成像器件，其特征在于：
所述滤光层是低通滤光片和红外截止滤光片的叠加层。
12.如权利要求1所述的固态成像器件，其特征在于：
所述滤光层是抗反射滤光片。
13.如权利要求1所述的固态成像器件，其特征在于：
所述滤光层是低通滤光片、红外截止滤光片和抗反射滤光片的叠加层。
14.一种固态成像器件的制造方法，包括步骤：
(A)将滤光层通过沉积处理形成在透明基片的第一表面上；
(B)将用于隔板的硅晶片用粘合剂粘附到透明基片的与第一表面相对的第二表面上；
(C)用光刻法将具有所述隔板形状的抗蚀剂掩模形成在所述硅晶片上；
(D)用等离子刻蚀除去没有抗蚀剂掩模的部分而形成所述隔板；
(E)在保持由所述隔板形成的预定间隙的同时，将所述透明基片粘附到具有多个成像区域的半导体晶片；和
(F)沿每个所述成像区域切割所述透明基片和所述半导体晶片。
15.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于：
所述步骤(A)是将滤光板或滤光片粘附到所述透明基片上。
16.如权利要求14所述的制造方法，其特征在于：
所述步骤(A)是在所述透明基片的所述表面上沉积滤光薄膜。
17.如权利要求15所述的制造方法，其特征在于：
所述步骤(A)是将所述滤光层形成在所述透明基片的上表面上。
18.如权利要求16所述的制造方法，其特征在于：
所述步骤(A)是将所述滤光层形成在所述透明基片的上表面上。
19.如权利要求16所述的制造方法，其特征在于：
所述步骤(A)是将所述滤光层形成在所述透明基片的下表面上。
20.一种固态成像器件的制造方法，包括步骤：
(A)将用于隔板的硅晶片用粘合剂粘附到透明基片的第一表面上；
(B)用光刻法将具有所述隔板形状的抗蚀剂掩模形成在所述硅晶片上；
(C)用等离子刻蚀除去没有抗蚀剂掩模的部分而形成所述隔板；
(D)在保持由所述隔板形成的预定间隙的同时，将透明基片粘附到具有多个成像区域的半导体晶片上；
(E)将滤光层通过沉积处理形成在所述透明基片的与所述第一表面相对的第二表面上；和
(F)沿每个所述成像区域切割所述透明基片和所述半导体晶片。
21.如权利要求20所述的制造方法，其特征在于：
所述步骤(B)是将滤光板或滤光片粘附到所述透明基片的上表面上。
22.如权利要求20所述的制造方法，其特征在于：
所述步骤(B)是将滤光薄膜沉积在所述透明基片的上表面上。
23.一种照相机模块，包括：
电路板；
光学单元，其粘附在所述电路板上并保持摄像镜头；
粘附到位于所述光学单元内部的所述电路板上的成像器件，所述成像器件通过在保持预定间隙的同时将透明基片粘附在具有多个成像区域的半导体晶片上，然后沿每个成像区域切割所述透明基片和所述半导体晶片成块来形成，所述成像器件包括：
(a)从所述半导体晶片上切割出块的半导体基片，其具有所述成像区域；
(b)从所述透明基片上切割出块的透明盖板，其用于封装所述成像区域；
(c)形成在所述透明盖板上的滤光层，所述滤光层形成在所述透明基片的第一表面上，并与所述透明基片一起被切割成块，以及
(d)用于形成所述预定间隙的隔板，所述隔板通过下述工序形成：将用于隔板的硅晶片用粘合剂粘附到透明基片的与第一表面相对的第二表面上；用光刻法将具有所述隔板形状的抗蚀剂掩模形成在所述硅晶片上；用等离子刻蚀除去没有抗蚀剂掩模的部分，
其中所述滤光层是沉积在所述透明基片的所述表面上的滤光薄膜。
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