CN101414616B - 固态图像采集装置、相机模块和电子信息装置 - Google Patents

固态图像采集装置、相机模块和电子信息装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及固态图像采集装置、相机模块和电子信息装置。一种固态图像采集装置包括多个电极垫，用于从外部输入信号或电压以及输出信号或电压至外部；多个光电转换元件；平面化膜，用于平面化多个光电转换元件上方表面上的水平面差；微透镜，用于使入射光集中在多个光电转换元件的每一个上；和提供在微透镜和平面化膜上方的保护膜，去除该多个电极垫上方的平面化膜和保护膜作为开口，其中保护膜具有保护膜去除区，该保护膜去除区至少包括横过开口全部或拐角部分和图像采集区去除的区域。

Description

固态图像采集装置、相机模块和电子信息装置
该非临时申请基于35U.S.C.§119(a)要求2007年10月17日在日本申请的专利申请No.2007-270540的优先权，其全部内容通过参考结合在这里。
技术领域
本发明涉及一种用于对来自对象的图像光执行光电转换和采集的固态图像采集(capturing)装置、相机模块和电子信息装置，诸如数字相机(例如数字视频摄像机和数字静物照相机)、图像输入相机(例如汽车配备的监测相机)、扫描仪、传真机和配备相机的蜂窝电话装置，使用固态图像采集装置作为图像采集部分中的图像输入装置。
背景技术
将参考图18说明上述用于常规固态图像采集装置的截面结构和制造方法。
图18是示意性地示出常规固态图像采集装置的示范性基本结构的截面图。
如图18所示，当制造常规的固态图像采集装置100时，首先在硅衬底101的图像采集区中通过杂质离子注入形成多个光电二极管(光接收部分)102。
接下来，在氧气氛下通过热处理在硅衬底101上形成栅极绝缘膜103，随后，通过用于多晶硅的减压CVD法等形成用于使由光电转换在光电二极管102处产生的信号电荷朝着输出电路侧转移的栅电极104。
随后，在不同于栅电极104上方的光进入的光电二极管的区域中用例如钨的材料形成遮光膜(未示出)，并且形成层间绝缘膜105，例如BPSG膜(其是包括磷和硼的氧化硅膜)。进行回流工艺(热处理)消除该表面上的水平面差以使其平面化。
而且，尽管这里未示出，但通过单层材料例如Al·Al-Si·Al-Cu、或这种材料和TiN·Ti·TiW的多层膜等在层间绝缘膜105上形成将成为外围电路和栅电极布线的金属层。在该阶段，在固态图像采集装置100(器件芯片或固态图像采集芯片)的外围边缘部分中同时形成用于与该装置的外部输入和输出信号的多个电极垫106。
尽管这里未示出，但用材料例如等离子体SiN(P-SiN)和等离子体SiON(P-SiON)在将是外围电路和栅电极的布线的金属层的上方形成钝化膜，随后，去除电极垫上方的钝化膜。迄今为止，这些部分形成执行固态图像采集功能的部分并且迄今为止形成膜所使用的全部材料是无机材料。
这之后的步骤是形成光学系统部分，用于分离颜色和聚焦图像采集元件的光，并且它们中几乎全部元件都由有机材料形成。
首先，通过旋涂透明有机材料形成用于平面化形成滤色器的基础的平面化膜107，并蚀刻和去除电极垫106上方的平面化膜107以再次露出电极垫106。
通过光刻工艺在电极垫106和平面化膜107上方形成滤色器108。当多个滤色器108是基色时，滤色器108将具有R、G和B的彩色布置，例如拜耳布置。当多个滤色器108是互补色时，滤色器108将具有Cy(青色)、Mg(品红色)和Ye(黄色)的彩色布置。在光刻工艺中，电极垫106的露出表面会暴露到显影液或者滤色器108的材料作为残留物会出现在露出表面上。注意到，尽管以互补色的滤色器形成的滤色器是Cy(青色)、Mg(品红色)和Ye(黄色)的三种颜色，但滤色器布置是包括Gr(绿色)的四种彩色布置，其Gr(绿色)通过重叠Cy(青色)和Ye(黄色)形成。
接下来，通过在滤色器108上旋涂透明有机材料形成用于形成微透镜110的作为基础层的平面化膜109，并且蚀刻和去除电极垫106上方的平面化膜109以再次露出电极垫106。
随后，通过透明有机膜材料的光刻工艺和烘焙工艺形成用于使入射光集中在光电二极管102上的微透镜110。
在该情况下，在露出电极垫106的状态下可通过光刻工艺将电极垫106暴露到显影液，并且滤色器108的残留物可能会出现在电极垫106上方，其会导致与电极垫106的不良的布线接合。尽管可以通过等离子体灰化去除电极垫106的粗糙和残留物，但有机材料例如微透镜材料也会暴露到等离子体灰化，导致微透镜110自身的表面粗糙并且会损伤它。
对于对微透镜110的这种损伤，形成保护层111，其是通过有机或无机SOG膜(旋涂玻璃)、CVD-SiO2膜等形成的，且通过保护层111的光刻工艺形成开口，随后在具有抗蚀剂的状态下或去除抗蚀剂之后进行灰化工艺。
对于这个问题，参考文献1公开了进一步改善上述常规方法的方式。上述的常规方法使用每当形成有机材料膜时去除电极垫106上方的膜的方法。然而，电极垫106上方的膜没有被去除且保持原样。在形成直至包括微透镜110之后，在电极垫106上方抗蚀剂图案化开口，且通过干蚀刻例如O2/CF4等离子体在电极垫106上方完全地蚀刻和立刻去除有机膜。上述的问题可以通过该方法来解决。
在近来的图像采集装置中，基本上形成了微透镜110上方的保护膜111，保护膜111的作用不是提供用于抵抗微透镜110的损伤，而是提供反射防止膜用于防止进入微透镜110的光反射的作用。
参考文献2公开了该反射防止膜。在参考文献2中，具有比微透镜材料(折射率为1.6的透明有机材料)折射率低的材料的膜层叠在该微透镜上方以防止在微透镜表面上的反射。结果，可以增加集中在光电二极管上的光。常规地，这种反射防止膜是通过CVD法等层叠折射率为1.45的氧化硅膜(SiO2)形成的。
参考文献1：日本特开公开No.2006-351761
参考文献2：日本特开公开No.4-223371
发明内容
在使用最近的固态图像采集装置的制造商当中，他们中一些希望回流焊用于使产品的尺寸减小和自动安装。该回流焊是通过把从封装的固态图像采集装置取出的端子借助焊料安装到衬底上的端子上，并把它们放置在具有微透镜表面能耐受且可以进行焊接的高温的高温容器中来进行的。另外，作为这种固态图像采集装置的用途，更多制造商使用它作为车辆的传感器(汽车配备的监测相机)。对于这种回流安装和用于车辆的这种用途，将高的热应力施加到常规地不经历高温的固态图像采集装置上。由于该热应力，在常规结构中微透镜上方的保护层(或反射防止膜)中出现了裂缝。该裂缝是由于保护膜和有机膜之间的膜质量之间的差异引起的裂缝X，且在裂缝X到达图像采集区的有效图像采集像素区E和线性裂缝X出现在采集的图像中，作为图像缺陷出现在显示屏中，时会发生问题。
在图19中示出了实际的保护膜(或反射防止膜)的这种线性裂缝通过光学显微镜的照片。
作为各种试验和分析的结果，知道裂缝X从开口图案P的平面图中四边形的拐角部分P1发生，该开口图案P用于去除电极垫106上方的有机平面化膜107和109，和保护膜111(或反射防止膜)，如图19所示。将参考图20至23说明具有裂缝X的常规探线(grappling)。在图18中的常规实例中，电极垫106上方的有机膜去除图案是比电极垫106小的开口图案。然而，在图20至23中，开口比电极垫106大的开口图案P用作目前使用的实际图案。图20中的F1示出了无效像素区F中的边缘表面，在是图像采集区的有效像素区E外侧上的无效像素区F形成了多个电极垫106。
图20至23基于这样的分析结果，产生的裂缝X到达微透镜110的不平坦的图案部分时裂缝X减小且裂缝X由透镜表面的不平坦部分产生的缓解应力而受到控制。在实际的情形下，微透镜图案112用与微透镜110相同的材料设置，且以围绕电极垫106上方的开口图案P的这种方式在微透镜形成步骤中定位，如图22所示。在这种情况下的截面结构示于图23中，微透镜图案112定位在电极垫106和有效像素区E之间的无效像素区F中。
然而，知道即使可以减缓裂缝X，也不能完全防止保护膜111(或反射防止膜)的裂缝X。也就是说，尽管通过到达微透镜110的不平坦部分减少了裂缝X，在采集时裂缝呈现为线性图像显示缺陷。这意味着裂缝X的伸展在微透镜110之前没有停止，且这表示即使当在图12中电极垫106被前述的微透镜图案112包围以及执行防止裂缝X伸展的方法时，如果施加强应力也必定不能防止裂缝X的伸展。
本发明意指解决上述的常规问题。本发明的目的在于提供一种固态图像采集装置和相机模块，其即使在施加强的热应力时也必定能防止裂缝伸展；以及电子信息装置，例如用在图像采集部分中作为图像输入装置的汽车配备的监测相机和配备相机的蜂窝电话装置。
根据本发明的固态图像采集装置包括提供在半导体衬底的外围边缘部分中的多个电极垫，用于从外部输入信号或电压以及把信号或电压输出至外部；提供在半导体衬底的外围边缘部分内部的图像采集区中的多个光电转换元件；用于平面化该多个光电转换元件上方的表面水平面差的平面化膜；提供在平面化膜上方的微透镜，用于将入射光集中在该多个光电转换元件的每一个上；和提供在微透镜和平面化膜上方的保护膜，多个电极垫上方的平面化膜和保护膜被去除用作开口，其中保护膜具有至少包括横过开口的全部或拐角部分和图像采集区去除的区域的的保护膜去除区，由此实现了上述的目的。
优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，在保护膜去除区中仅去除平面化膜上方的保护膜。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，保护膜去除区的图案是以预定宽度围绕全部图像采集区的带状图案。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，保护膜去除区的图案是布置得线性交叉在多个电极垫和图像采集区之间定位的预定宽度的带状图案。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，沿着相互面对的一边到另一边提供带状图案。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，保护膜去除区的图案是以预定宽度围绕开口中图像采集区侧的拐角部分的带状图案。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，带状图案具有1至10μm的预定宽度。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，保护膜去除区的图案是包括开口的区域。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，包括开口的区域是横过开口和图像采集区的虚线外部的区域。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，包括开口的区域是围绕全部图像采集区的虚线外部的区域。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，包括开口的区域是线性交叉多个电极垫上方的开口和图像采集区的虚线外部的区域。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，保护膜去除区的图案的拐角部分具有半径为约1至10μm的曲线。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，保护膜是还具有反射防止作用的反射防止膜。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，保护膜是还具有防止水通过作用的钝化膜。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，反射防止膜是由具有折射率比作为微透镜材料的透明有机材料的折射率低的材料形成的膜。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，反射防止膜是有机或无机的SOG(旋涂玻璃)膜或SiO2膜。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，钝化膜至少是SiN膜或SiON膜。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，开口在平面图上是正方形或矩形的。
更优选地，在根据本发明的固态图像采集装置中，固态图像采集装置提供有具有与微透镜相同材料的微透镜图案，并且在同一微透镜形成步骤中提供，其方式为围绕电极垫上方的开口外围。
根据本发明的相机模块是其中根据本发明的固态图像采集装置中的任一个被封装并与衬底端子执行回流焊接的模块，由此实现了上述的目的。
根据本发明的电子信息装置使用根据本发明的固态图像采集装置中的任一个作为图像采集部分中的图像输入装置。
在下文将说明具有上述结构的本发明的作用。
把整个封装放入高温气氛中，以便把树脂模铸封装(resin moldpackage)(或陶瓷封装)的下表面上的端子管芯接合到衬底上的端子上。其中包封固态图像采集装置的封装是无引脚型的，且当被放置在衬底的焊盘(端子)上并被加热时该封装被管芯接合。由此，保护膜下面的有机膜(平面化膜)是软的，而有机膜上方的保护膜例如氧化膜是无机的、薄的且硬的，由此容易破裂，即使当施加强热应力时，裂缝X会出现且伸展，保护膜具有至少包括横过电极垫上方的开口图案P的全部或拐角部分和图像采集区的去除区的保护膜去除区，由此必定能停止裂缝X在保护膜去除区中伸展。因此，即使在把强的热应力施加到固态图像采集装置上的使用中，或即使当安装在将强热应力施加到固态图像采集装置上的产品中时，在使用时也不会出现图像缺陷等。
根据具有上述结构的本发明，在保护膜下面的有机膜(平面化膜)是软的，而有机膜上方的保护膜例如氧化膜是无机的、薄且硬的，由此容易破裂。即使当裂缝X到达保护膜且裂缝X伸展时，且即使当在保护膜去除区中施加强的热应力时，裂缝必定能在保护膜去除区中停止，因为保护膜至少包括横过电极垫上方的开口图案P的全部或拐角部分和图像采集区的去除区。
一旦参考附图阅读和理解了以下详细说明，本发明的这些和其它优点对于本领域技术人员来说将变得显而易见。
附图说明
图1是示意性地示出涉及本发明的固态图像采集装置的实施例1的示范性基本结构的纵截面图。
图2是示意性地示出图1中的固态图像采集装置的平面图。
图3是示意性地示出示范性基本结构的纵截面图，以描述直至包括制造图1中的固态图像采集装置的方法中的微透镜形成步骤。
图4是示意性地示出示范性基本结构的纵截面图，以描述在制造图1中的固态图像采集装置的方法中的保护膜层叠步骤。
图5是示意性地示出示范性基本结构的纵截面图，以描述在制造图1中的固态图像采集装置的方法中的开口形成步骤。
图6是示意性地示出示范性基本结构的纵截面图，以描述在制造图1中的固态图像采集装置的方法中的保护膜去除图案形成步骤。
图7是示意性地示出涉及图1中的固态图像采集装置的实施例1的示范性另一基本结构(两个宽保护膜去除图案)的平面图。
图8是示意性地示出涉及图1中的固态图像采集装置的实施例1的示范性另一基本结构(一个窄保护膜去除图案)的平面图。
图9是示意性地示出涉及图1中的固态图像采集装置的实施例1的示范性另一基本结构(一个窄保护膜去除图案和一个宽保护膜去除图案的组合)的平面图。
图10是示意性地示出涉及图1中的固态图像采集装置的实施例1的示范性另一基本结构(两个窄保护膜去除图案)的平面图。
图11是示意性地示出涉及根据本发明的固态图像采集装置的实施例2的示范性基本结构的平面图。
图12是示意性地示出涉及根据本发明的固态图像采集装置的实施例2的另一示范性基本结构的平面图。
图13是示意性地示出涉及根据本发明的固态图像采集装置的实施例3的示范性基本结构的平面图。
图14是示意性地示出涉及根据本发明的固态图像采集装置的实施例4的示范性基本结构的平面图。
图15是示意性地示出涉及根据本发明的固态图像采集装置的实施例4的另一示范性基本结构的平面图。
图16是示意性地示出相机模块的回流焊接步骤的主要部分纵截面图，以说明根据本发明的固态图像采集装置的实施例1至4的效果。
图17是示出电子信息装置的示范性示意结构的方块图，例如汽车配备的相机和配备相机的蜂窝电话装置，如本发明的实施例5，利用本发明的实施例1至4中任一个的任一固态图像采集装置作为图像采集部分中的图像输入装置。
图18是示意性地示出常规固态图像采集装置的示范性基本结构的截面图。
图19是示出光学显微镜照片的主要部分平面图，以说明常规固态图像采集装置中的保护膜的线性裂缝。
图20是示出开口比常规固态图像采集装置中的电极垫大的图案，如实际使用的图案的放大平面图。
图21是沿着图16的线A-A′的截面图。
图22是示意性地示出在常规的固态图像采集装置中微透镜图案布置在电极垫和有效像素区之间的无效像素区中以防止线性裂缝伸展的平面图。
图23是沿着图18的线B-B′的截面图。
2    光电转换元件
6    电极垫
7，9   平面化膜
10    微透镜
11    保护膜(反射防止膜)
11a-11g  保护膜去除图案
12，13   抗蚀剂膜
14    相机模块
15    引线
16，18   端子
17　　衬底
21-29　　　固态图像采集装置
E    有效图像采集像素区
F    无效像素区
P    开口图案(开口部分)
50   电子信息装置
51   存储部分
52   显示部分
53   通信部分
54   图像输出部分
具体实施方式
在下文，将参考各图说明根据本发明的实施例1至4的固态图像采集装置(固态图像采集芯片)，和根据实施例5的利用根据本发明的实施例1至4的固态图像采集装置作为图像采集部分中的图像输入装置的电子信息装置。
(实施例1)
图1是示意性地示出涉及本发明的固态图像采集装置的实施例1的示范性基本结构的纵截面图。图2是示意性地示出图1的固态图像采集装置的平面图。
在图1和2中，固态图像采集装置21，其是实施例1的固态图像采集芯片，包括：提供在有效图像采集像素区E中的多个光电转换元件2，有效图像采集像素区E是芯片外围边缘部分的无效像素区F内部的图像采集区，用于对来自对象的图像光执行光电转换和采集；多个电极垫6，其提供在芯片外围边缘部分的无效像素区F中，用于输入来自外部的信号和把信号输出至外部；平面化膜7和9，用于平面化多个光电转换元件2上方表面的水平度差；微透镜10，其提供在平面化膜9上方，用于把入射光集中在多个光电转换元件2上；和保护膜11，提供在微透镜10和平面化膜9上方。去除多个电极垫6上方的平面化膜7和9和保护膜11作为开口(开口图案P)。平面化膜7和9的膜厚度d1比保护膜11的膜厚度d2厚很多。保护膜11的膜厚度d2为约2至5μm，且平面化膜7和9的膜厚度d1可以是保护膜11的膜厚度d2的十倍。
保护膜11被去除相交在多个电极垫6和多个光电转换元件2的形成区(有效图像采集像素区E)之间的具有预定宽度为1至10μm(宽度越窄，空间方面就越好)的保护膜去除图案11a。带状保护膜去除图案11a(保护膜去除区)仅去除平面化膜9上方的保护膜11，而不去除平面化膜9。而且，保护膜去除图案11a是连续围绕多个光电转换元件2的整个形成区(有效图像采集像素区E)的图案，且在平面图上为矩形外围部分的形状，其是比有效图像采集像素区E的形状大的尺寸。在平面图中保护膜去除图案11a的四个拐角部分具有半径约1至10μm的曲线R，并被弯曲(R越大，防止裂缝的发生方面就约好)以便不施加应力。拐角部分被圆化以便减少应力。如果存在足够的空间，曲线R可以更大且具有10μm或更大的半径。
保护膜11是具有反射防止作用的反射防止膜以及具有防止水通过等作用的钝化膜。其是有机或无机的SOG(旋涂玻璃)膜或SiO2膜。用于保护膜11的材料是有机或无机的SOG(旋涂玻璃)膜、SiO2膜、SiN膜和SiON膜中的至少之一。如上所述，保护膜11是完全围绕有效图像采集像素区E的图案，且保护膜11通过光刻和干蚀刻(含氟的等离子体)以线性形状(线性图案)或带状(带状图案)去除无助于集中光的部分。
在这里，微透镜10上方的保护膜11除了保护作用之外用作反射防止膜(＝氧化硅膜)。保护膜11通过层叠具有折射率比微透镜材料(折射率为1.6的透明有机材料)低的材料的膜来控制在微透镜表面上的反射。结果，提高了聚光效应，其可以增加集中在光电转换元件2(光电二极管)上的光。作为这种反射防止膜，通过CVD法等层叠折射率为1.45的氧化硅膜(SiO2膜)。
将说明制造具有上述结构的固态图像采集装置21的方法。
在制造固态图像采集装置21时，在有效图像采集像素区E中通过杂质离子注入在行和列方向上二维地和以矩阵形成多个光电转换元件2(多个光电二极管)，其用作多个光接收部分，有效图像采集像素区E是在硅衬底1的中心部分的图像采集区。
接下来，通过在氧气氛中热处理在硅衬底上形成栅极绝缘膜3，并通过多晶硅等的减压CVD法形成栅电极4，其将是用于转移在多个光电转换元件2的每个处由光电转换产生的信号电荷至输出电路的CCD结构。
而且，在不同于光必须进入的例如光接收区的区域的区域中，用金属材料例如钨和铝形成遮光膜(未示出)。随后，形成层间绝缘膜5，例如BPSG膜(其是包括磷和硼的氧化硅膜)，并且通过回流工艺(热处理)平面化表面上的水平面差。
随后，尽管这里未示出，但通过材料例如Al·Al-Si·和Al-Cu的单层、或者这种材料和TiN·Ti·TiW等的多层膜在层间绝缘膜5上形成金属层，其将是外围电路和栅电极的布线。在该阶段，在固态图像采集芯片(固态图像采集装置21)的外围边缘部分中同时形成用于与该装置外部输入和输出信号的多个电极垫6。
通过旋涂透明有机材料，在上形成用于平面化由于金属层和电极垫6引起的表面上的水平面差的平面化膜7，金属层将是外围电路和栅电极的布线。
通过光刻工艺在平面化膜7上方形成滤色器8。当多个滤色器8为基色时，滤色器8将具有R、G和B的色彩布置，例如拜耳布置。当多个滤色器8是互补色时，滤色器8将具有Cy(青色)、Mg(品红)和Ye(黄色)的色彩布置。注意到，尽管在互补色的滤色器中形成的滤色器是Cy(青色)、Mg(品红)和Ye(黄色)的三种颜色，但滤色器布置是包括Gr(绿色)的四种彩色布置，Gr(绿色)通过重叠Cy(青色)和Ye(黄色)形成。
而且，通过旋涂透明有机膜材料在滤色器8上形成平面化膜9作为用于形成微透镜10的基础层，以平面化由于滤色器8引起的表面上的水平面差。
随后，通过透明有机膜材料的光刻工艺和烘焙工艺形成用于使入射光集中在多个光电转换元件2中每一个上的微透镜10。
而且，如图4所示，例如，形成有机或无机的SOG膜(旋涂玻璃)或用CVD-SiO2膜形成的保护膜11作为反射防止膜。
而且，如图5所示，以形成尺寸比每个电极垫6大的开口图案P的这种方式，在保护膜11上图案化抗蚀剂膜12。利用抗蚀剂膜12作为掩模，通过干蚀刻例如O2/CF4等离子体全部蚀刻并立刻去除电极垫6上方的有机膜(保护膜11和平面化膜9和7)。
而且，在去除抗蚀剂膜12之后，如图6所示图案化抗蚀剂膜13，其方式为在保护膜11上包括平面图为带状且为矩形环状的开口，其将是交叉在多个电极垫6和多个光电转换元件2的形成区(有效图像采集像素区E)之间的具有预定宽度的保护膜去除图案11a。利用抗蚀剂膜13作为掩模，通过干蚀刻例如O2/CF4等离子体仅蚀刻且立刻去除保护膜11。
在这里，构思了两种方法用于去除电极垫6上方的有机膜和反射防止膜。它们中之一是用于电极垫6上方的开口图案P的抗蚀剂图案，与围绕像素区(有效图像采集像素区E)的保护膜去除图案11a一起设置，并且通过含氟等离子体处理去除像素区(有效图像采集像素区E)周围的保护膜去除图案11a和没有保护膜11(反射防止膜)的焊垫部分的图案部分(开口图案P)，随后，仅用电极垫6上方的开口图案P执行有机膜干蚀刻。如下所述，另一种方法是仅通过像素区(有效图像采集像素区E)周围的保护膜去除图案11a去除保护膜11(反射防止膜)，随后，仅对没有焊垫部分(电极垫6上方的开口图案)的图案进行光刻，且分离地进行有利的蚀刻用于去除反射防止膜和去除有机膜。首先可以对电极垫6上方的开口图案P或保护膜去除图案11a进行蚀刻。
确认保护膜11(反射防止膜)的裂缝X仅出现在该表面上的反射防止膜中，且裂缝X不会到达正下方的有机膜(平面化膜9)。还知道裂缝发生的起点在开口图案P的拐角部分P1，开口图案P是用于多个电极垫6的每个焊垫部分的外围的图案。因此，通过去除多个电极垫6上方的焊垫部分周围的图案有效图像采集像素区E)(开口图案P)和有效图像采集像素区E之间的一部分保护膜11(反射防止膜)，可以防止裂缝X到达有效图像采集像素区E。做比喻来讲，与为了防止森林火灾蔓延预先燃烧位于外围中的树的思想相同。
在实际的装置中，例如，不仅布置如图2所示用于输入和输出信号的金属垫(电极垫6)，而且布置各个电极垫6，例如用于元件特征评估的TEG垫(测试信号输入和输出焊垫)、用于内部产生的电压的布线垫。这种电极垫6全部都布置在作为实施例1的固态图像采集装置21的固态图像采集芯片的外围部分中。因此，在实施例1中，保护膜去除图案11a围绕全部的有效图像采集像素区E。当电极垫6上方的有机膜的图案仅存在于固态图像采集芯片(固态图像采集装置21)上方的特定边缘处(上和下边缘)时，保护膜去除图案11a不必须围绕全部的有效图像采集像素区E。将在以下的实施例2中说明这种情况。
在上述的实施例1中，保护膜去除图案11a配置连续围绕多个光电转换元件2的全部形成区的带状图案。该图案11a具有一个矩形环形状的图案。然而，不限于此，该图案可以是多个矩形环形状的图案。例如，还能够形成图7中所示的保护膜去除图案11a，其是内和外围的两个矩形环形状的图案。这些图案也可以在同一步骤中形成。
另外，确定保护膜去除图案11a的宽度从1至10μm，保护膜去除图案11a是具有预定宽度围绕全部图像采集区的带状图案。然而，当确定具有在该范围内的窄宽度的矩形环状图案作为保护膜去除图案11b时，例如，可形成这样的一个窄保护膜去除图案11b以预定宽度围绕全部全部图像采集区，如图8中的固态图像采集装置22中所示的。而且，可形成以预定宽度围绕全部图像采集区的多个保护膜去除图案11b，其是内和外围的两个矩形环状图案，如图10中的固态图像采集装置24所示。该图案也可以在同一步骤形成。而且，对于该空间，希望带状图案尽可能的窄。而且，宽保护膜去除图案11a和窄保护膜去除图案11b可组合在一起用于该空间。例如，可形成多个宽保护膜去除图案11a和窄保护膜去除图案11b，如具有宽保护膜去除图案11a和窄保护膜去除图案11b的每个内和外围的图9的固态图像采集装置23所示。该图案也可以在同一步骤形成。
(实施例2)
在实施例2中，将说明保护膜去除图案，其中电极垫6上方的有机膜的图案(多个开口图案P)仅存在于固态图像采集芯片(固态图像采集装置)上方的特定边缘处(例如，上和下边缘)。
图11是示意性地示出涉及根据本发明的固态图像采集装置的实施例2的示范性基本结构的平面图。注意到，具有与图1和2中的构件相似功能和效果的构件用相同的附图标记表示。另外，注意到制造固态图像采集装置的方法与图3至6中的情形类似。
在图11中，根据实施例2的固态图像采集装置25包括：多个光电转换元件2，其提供在有效图像采集像素区E中，有效图像采集像素区E是在芯片的外围边缘部分的无效像素区F内部的图像采集区；多个电极垫6，其仅提供在固态图像采集芯片(固态图像采集装置)上方的特定边缘处(例如，上和下边缘)，用于从外部输入信号和把信号输出至外部；平面化膜7和9，用于平面化多个光电转换元件2上方的表面上的水平面差；微透镜10，用于使入射光集中在多个光电转换元件2上；和保护膜11，提供在微透镜10和平面化膜9上方。去除多个电极垫6上方的平面化膜7和9和保护膜11作为开口(开口图案P)。
通过直线交叉在多个电极垫6和多个光电转换元件2的形成区(有效图像采集像素区E)之间的具有预定宽度(1至10μm)的保护膜去除图案11c来去除保护膜11。带状和直线状保护膜去除图案11c(保护膜去除区)仅去除平面化膜9上方的保护膜11，且不会去除平面化膜7或9。而且，提供保护膜去除图案11c直线交叉在开口图案P和图像采集区(有效图像采集像素区E)之间，以便裂缝X在多个光电转换元件2的形成区(有效图像采集像素区E)中不伸展。
微透镜10上方的保护膜11不仅用于保护作用而且用作反射防止膜(＝氧化硅膜)。通过层叠折射率比微透镜材料(折射率为1.6的透明有机材料)低的材料膜，保护膜11控制微透镜表面的反射。结果，改善了聚光效应，这可以增加集中在光电转换元件2(光电二极管)上的光。作为这种反射防止膜，通过CVD法等层叠折射率为1.45的氧化硅膜。
在实施例2中，如描述的直线保护膜去除图案11c是带状图案，其直线交叉在多个电极垫6上方的每个开口图案P(开口部分)和图像采集区(有效图像采集像素区E)之间以预定宽度设置，且如图11所示，已说明了在相互面对的一边到另一边上提供图案的情形。然而，不限于此，如图12的固态图像采集装置26中所示，去除图案可以像直线保护膜去除图案11d一样，其不会从一边延伸到另一边且在芯片边缘的中间结束，只要可以停止裂缝X伸展到图像采集区(有效图像采集像素区E)中。例如，去除图案的长度可以是足够的，只要两个端部部分至少延伸至且包括一连串多个电极垫6的两个端部部分处的每个电极垫6上方的开口图案P(开口部分)的内部，例如保护膜去除图案11d。
(实施例3)
在实施例3中，将说明带状图案，其中随后将说明的保护膜去除图案11e从图像采集区一侧围绕开口图案P的拐角部分。
图13是示意性地示出涉及根据本发明的固态图像采集装置的实施例3的示范性基本结构的平面图。注意到具有与图1和2中的构件相似功能和效果的构件用相同的附图标记表示。另外，注意到制造该固态图像采集装置的方法与图3至6中的情形类似。
在图13中，根据实施例3的固态图像采集装置27包括：多个光电转换元件2，其提供在有效图像采集像素区E中，有效图像采集像素区E是在芯片的外围边缘部分的无效像素区F内部的图像采集区；多个电极垫6，其提供在固态图像采集芯片(固态图像采集装置)上方的边缘处(例如，上和下边缘)；平面化膜7和9，用于平面化多个光电转换元件2上方表面上的水平面差；微透镜10，用于使入射光集中在多个光电转换元件2上；和保护膜11，提供在微透镜10和平面化膜9上方。去除多个电极垫6上方的平面化膜7和9以及保护膜11作为开口(开口图案P)。
由于裂缝X从相应多个电极垫6上方的开口图案P的拐角部分发生，所以当在无效区域F中没有足够的空间时，通过圆拐角L字母形具有预定宽度(1至10μm)的保护膜去除图案11e来去除保护膜11，以圆拐角L字母形围绕电极垫6上方的开口图案P的拐角部分。该带状和L字母形的保护膜去除图案11e(保护膜去除区)仅去除平面化膜9上方的保护膜11，而不去除平面化膜7和9。另外，保护膜去除图案11e提供在开口图案P和图像采集区(有效图像采集像素区E)之间的开口图案P附近的位置处，以便裂缝X不会伸展到多个光电转换元件2的形成区(有效图像采集像素区E)中。
微透镜10上方的保护膜11不仅用于保护作用而且用作反射防止膜(＝氧化硅膜)。通过层叠折射率比微透镜材料(折射率为1.6的透明有机材料)低的材料膜，保护膜11控制微透镜表面上的反射。结果，改善了聚光效应，这可以增加集中在光电转换元件2(光电二极管)上的光。作为这种反射防止膜，通过CVD法等层叠折射率为1.45的氧化硅膜。
(实施例4)
在实施例4中，将说明随后将说明的保护膜去除图案11f为包括开口图案P(开口部分)的区域的情形。
图14是示意性地示出涉及根据本发明的固态图像采集装置的实施例4的示范性基本结构的平面图。注意到具有与图1和2中的构件相似功能和效果的构件用相同的附图标记表示。另外，注意到制造该固态图像采集装置的方法与图3至6中的情形类似。
在图14中，根据实施例4的固态图像采集装置28包括：多个光电转换元件2，其提供在有效图像采集像素区E中，有效图像采集像素区E是在芯片的外围边缘部分的无效像素区F内部的图像采集区；多个电极垫6，其提供在固态图像采集芯片(固态图像采集装置)上方的边缘处(例如，上和下边缘)；平面化膜7和9，用于平面化多个光电转换元件2上方的表面上的水平面差；微透镜10，用于使入射光集中在多个光电转换元件2上；和保护膜11，提供在微透镜10和平面化膜9上方。去除多个电极垫6上方的平面化膜7和9和保护膜11作为开口(开口图案P)。
在保护膜11中，由于裂缝X从相应多个电极垫6上方的开口图案P的拐角部分发生，所以当在无效区域F中没有足够的空间时，在交叉在开口图案P和将成为保护膜去除图案11f的图像采集区(有效图像采集像素区E)之间的虚线的外部去除全部的保护膜区。在这里，保护膜去除图案11f(保护膜去除区)是包括围绕全部图像采集区(有效图像采集像素区E)的虚线外部的开口图案P的区域。另外，保护膜去除图案11f(保护膜去除区)去除平面化膜9上方的保护膜11，而不会去除平面化膜7或9。另外，保护膜去除图案11f总体去除了开口图案P和图像采集区(有效图像采集像素区E)之间的虚线外部，以便裂缝X不会伸展到多个光电转换元件2的形成区(有效图像采集像素区E)中。
另一方面，微透镜10上方的保护膜11不仅用于保护作用而且用作反射防止膜(＝氧化硅膜)。通过层叠折射率比微透镜材料(折射率为1.6的透明有机材料)低的材料膜，保护膜11控制微透镜表面上的反射。结果，改善了聚光效应，其可以增加集中在光电转换元件2(光电二极管)上的光。作为这种反射防止膜，通过CVD法等层叠折射率为1.45的氧化硅膜。
在实施例4中，已说明了保护膜去除图案11f作为包括连续围绕图像采集区整个外围的虚线外部的开口图案P的区域。然而，不限于此，只要保护膜去除图案是包括开口图案P(开口部分)的区域就是可以的。例如，如图15的固态图像采集装置29中所示，保护膜去除图案11g(保护膜去除区)可以是包括直线交叉在多个电极垫6上方的开口图案P和图像采集区(有效图像采集像素区E)之间的虚线外部的开口图案P的区域。
尽管未在实施例1至4中具体说明，但可组合保护膜去除图案11a至11g。
在这里，将说明实施例1至4的效果。
在使用根据上述实施例1至4的固态图像采集装置21至29的制造商当中，它们中许多希望回流焊接用于产品的尺寸降低和自动安装。该回流焊接是通过用焊料安装端子16到衬底17上的端子28并把它们放置在具有微透镜表面能耐受且可以进行焊接的高温的高温容器中来进行的，该端子16通过引线接合从封装的固态图像采集装置21至29中任一个的电极垫6取出布线15。结果，封装固态图像采集装置21至29中的任一个作为相机模块14，且与衬底端子18进行回流焊接。
如上所述，把整个封装放置在高温气氛中，以便将树脂模铸封装(或陶瓷封装)下表面上的端子16管芯接合到衬底17上的端子18上作为相机模块14。该封装是无引脚型的，且将该封装放置在衬底17的焊盘(端子18)上并加热。由此，保护膜下面的有机膜是软的，而保护膜11例如有机膜上方的氧化膜是无机的、薄的且硬的，由此容易破裂，并且即使当施加强的热应力时，裂缝X会发生且伸展，保护膜11具有至少包括横过电极垫上方的开口图案P的全部或拐角部分和图像采集区的去除区域的保护膜去除区，由此必定能停止裂缝X在保护膜去除区中的伸展。
(实施例5)
图17是示出电子信息装置的示范性示意结构的方块图，例如汽车配备的监测相机和配备相机的蜂窝电话装置，作为本发明的实施例5，利用根据本发明的实施例1至4中任一个的任一固态图像采集装置作为图像采集部分中的图像输入装置。
在图17中，根据本发明的实施例5的电子信息装置50包括：根据实施例1至4的彩色固态图像采集装置21至29的任一个；存储部分51(例如记录媒质)，用于数据记录来自固态图像采集设备的彩色图像信号，该固态图像采集设备用于在对用于记录的彩色图像信号执行预定信号处理之后处理来自彩色图像采集装置21至29的任一个的图像采集信号；显示部分52(例如彩色液晶显示设备)，在对用于显示的彩色图像信号执行预定信号处理之后，用于在显示屏(例如液晶显示屏)上显示来自固态图像采集装置21至29中任一个的彩色图像信号；通信部分53(例如，发送和接收装置)，用于在对用于通信的彩色图像信号进行预定信号处理之后，用于通信来自彩色固态图像采集装置21至29中任一个的彩色图像信号；和图像输出部分54，在用于打印进行预定信号处理之后，用于打印来自彩色固态图像采集装置21至29中任一个的彩色图像信号。由此，根据实施例5的电子信息装置50可包括全部的存储部分51、显示部分52、通信部分53和图像输出部分54。不限于此，电子信息装置可至少包括这些部分中的任何部分。
可想象具有图像输入装置的电子信息装置，作为电子信息装置50，例如数字相机(例如数字视频摄像机和数字静物照相机)、图像输入相机(例如监测相机、门用电话相机、配备在车辆中的相机(用于后视或监测)、和电视电话相机)、扫描仪、电视电话装置、传真机和配备相机的蜂窝电话装置。
因此，根据本发明的实施例5，来自彩色固态图像采集装置21至29的彩色图像信号可以：精细地限制在显示屏上；利用图像输出部分54打印在一张纸上；经由导线或无线电精细的通信作为通信数据；和通过执行预定的数据压缩处理精细地存储在存储部分51，并且可以精细地执行各种数据处理。
尽管在实施例1至4中未具体说明，但可把提供有用与微透镜10相同的材料且在同一微透镜形成步骤中形成的微透镜图案的结构加到实施例1至4上，该结构围绕电极垫6上方的开口图案P的外围。
而且，尽管在实施例1至4中未具体说明，但彩色固态图像采集装置21至29中的任一个可以是CCD型固态图像采集装置或CMOS型固态图像采集装置。
如上所述，本发明通过使用其优选实施例1至5来举例说明。然而，本发明不应解释为仅仅基于上述的实施例1至5。要明白，本发明的范围应解释为单独基于权利要求。还要明白，基于本发明的说明和本发明的优选实施例1至5的详细说明的常识，本领域技术人员可以实施等效范围的技术。此外，要明白，在本说明书中应以与这里具体说明的内容相同的方式通过参考结合本说明书中引用的任何专利、任何专利申请和任何参考文献。
工业实用性
本发明可以应用在用于对来自对象的图像光执行光电转换和采集的固态图像采集装置、相机模块、和电子信息装置的领域中，例如用在图像采集部分中作为图像输入装置的数字相机(例如数字视频摄像机和数字静物照相机)、图像输入相机(例如汽车配备的监测相机)、扫描仪、传真机和配备相机的蜂窝电话装置。根据具有上述结构的本发明，保护膜下面的有机膜(平面化膜)是软的，而有机膜上方的保护膜例如氧化膜是无机的、薄的且硬的，由此容易破裂。即使在裂缝X到达保护膜且裂缝X伸展时，以及即使在保护膜去除区中施加强度热应力时，裂缝X必定能停止在保护膜去除区中，因为保护膜至少包括横过电极垫上方的开口图案P的全部或拐角部分和图像采集区的去除区。
各种其它改进对于本领域技术人员来说是显而易见的且容易制作，而不脱离该发明的范围和精神。因此，不意图将这里所附权利要求的范围限制于如这里提出的该描述，而是广义解释的权利要求。

Claims (25)

1.一种固态图像采集装置，包括提供在半导体衬底的外围边缘部分中的多个电极垫，用于从外部输入信号或电压以及输出信号或电压至外部；多个光电转换元件，提供在半导体衬底的外围边缘部分内部的图像采集区中；平面化膜，用于平面化该多个光电转换元件上方表面上的水平面差；提供在平面化膜上方的微透镜，用于使入射光集中在该多个光电转换元件的每一个上；和提供在微透镜和平面化膜上方的保护膜，去除多个电极垫上方的平面化膜和保护膜作为开口，
其中保护膜具有保护膜去除区，该保护膜去除区至少包括横过开口的全部或拐角部分和图像采集区去除的区域。
2.根据权利要求1所述的固态图像采集装置，其中在保护膜去除区中仅去除平面化膜上方的保护膜。
3.根据权利要求1或2所述的固态图像采集装置，其中保护膜去除区的图案是以预定宽度围绕全部图像采集区的带状图案。
4.根据权利要求1或2所述的固态图像采集装置，其中保护膜去除区的图案是线性交叉在该多个电极垫和图像采集区之间的以预定宽度布置的带状图案。
5.根据权利要求4所述的固态图像采集装置，其中沿着相互面对的一边到另一边提供带状图案。
6.根据权利要求1或2所述的固态图像采集装置，其中保护膜去除区的图案是以预定宽度包围开口中围绕图像采集区侧的拐角部分的带状图案。
7.根据权利要求3所述的固态图像采集装置，其中该带状图案具有1至10μm的预定宽度。
8.根据权利要求4所述的固态图像采集装置，其中带状图案具有1至10μm的预定宽度。
9.根据权利要求6所述的固态图像采集装置，其中带状图案具有1至10μm的预定宽度。
10.根据权利要求1或2所述的固态图像采集装置，其中保护膜去除区的图案是包括开口的区域。
11.根据权利要求10所述的固态图像采集装置，其中包括开口的区域是横过开口和图像采集区的虚线外部的区域。
12.根据权利要求11所述的固态图像采集装置，其中包括开口的区域是围绕全部图像采集区的虚线外部的区域。
13.根据权利要求11所述的固态图像采集装置，其中包括开口的区域是线性交叉该多个电极垫上方的开口和图像采集区的虚线外部的区域。
14.根据权利要求3所述的固态图像采集装置，其中保护膜去除区的图案的拐角部分具有半径为1至10μm的曲线。
15.根据权利要求6所述的固态图像采集装置，其中保护膜去除区的图案的拐角部分具有半径为1至10μm的曲线。
16.根据权利要求12所述的固态图像采集装置，其中保护膜去除区的图案的拐角部分具有半径为1至10μm的曲线。
17.根据权利要求1或2所述的固态图像采集装置，其中保护膜是也具有反射防止作用的反射防止膜。
18.根据权利要求1或2所述的固态图像采集装置，其中保护膜是也具有防止水通过作用的钝化膜。
19.根据权利要求17所述的固态图像采集装置，其中反射防止膜是由折射率比作为微透镜材料的透明有机材料的折射率低的材料形成的膜。
20.根据权利要求17所述的固态图像采集装置，其中反射防止膜是有机或无机的旋涂玻璃膜或SiO2膜。
21.根据权利要求18所述的固态图像采集装置，其中钝化膜至少是SiN膜或SiON膜。
22.根据权利要求1所述的固态图像采集装置，其中开口在平面图上是正方形或矩形。
23.根据权利要求1所述的固态图像采集装置，其中固态图像采集装置提供有具有与微透镜相同材料并且在同一微透镜形成步骤中提供的微透镜图案，其方式为围绕电极垫上方的开口的外围。
24.一种相机模块，其中封装了根据权利要求1、2和23中任一项所述的固态图像采集装置，且与衬底端子执行回流焊接。
25.一种电子信息装置，使用根据权利要求1、2和23中任一项所述的固态图像采集装置作为图像采集部分中的图像输入装置。
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