JP2019165205A - 面取りされた角部を有する半導体パッケージ及び関連方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】画像センサの品質又は性能を損なうことなく、カメラシステム等の全体的な小型化を図ることができる半導体パッケージ及び方法を提供する。【解決手段】画像センサ２０は、丸味を付けた角部又は面取りされた角縁部２４のうちのいずれかを有するダイ２２と、ダイ２２に結合された光透過性カバーとを含む。光透過性カバーは、ダイ２２の丸味を付けた角部又は面取りされた角縁部２４のうちのいずれかに対応する、丸味を付けた角部又は面取りされた角縁部のうちのいずれかを含む。【選択図】図２
Description
本文書の態様は、概してチップスケール画像センサなどの画像センサに関する。より具体的な実装形態は、丸味を付けた又は面取りされた角部を有する画像センサに関わる。
チップスケールパッケージ（chip scale package、ＣＳＰ）は、半導体ダイ（チップ）自体と同一サイズ、又は略同一サイズになるように設計されている。種々のＣＳＰパッケージは、画像センサを含む各種タイプの半導体ダイを含む。画像センサは、入射電磁放射に応答する信号を通信することによって画像に関連する情報を搬送する。画像センサは、スマートフォン、デジタルカメラ、暗視装置、医療撮像装置、その他多数を含む多種多様なデバイスに使用されている。
画像センサの実装形態は、丸味を付けた角部又は面取りされた角縁部のうちのいずれかを有するダイと、ダイに結合された光透過性カバーとを含むことができる。光透過性カバーは、ダイの丸味を付けた角部又は面取りされた角縁部のうちのいずれかに対応する、丸味を付けた角部又は面取りされた角縁部のうちのいずれかを含むことができる。
画像センサの実装形態は、以下のうち１つ、全部又はいずれかを含むことができる。
ダイの角部は、凸状に丸味を付けてもよい。
ダイの角部は、凹状に丸味を付けてもよい。
光透過性カバーは、ガラスを含むことができる。
ダイの丸味を付けた角部又は面取りされた角縁部のうちのいずれも、エッチングにより形成してもよい。
画像センサ装置の形成方法の実装形態は、第１の複数の開口部を光透過性カバーに形成することと、光透過性カバーを複数の画像センサを含むウェーハに結合することと、ウェーハを貫通して第２の複数の開口部をエッチングすることであって、第２の複数の開口部が光透過性カバー内の第１の複数の開口部と整列する、エッチングすることと、光透過性カバー及びウェーハを複数の画像センサ装置に個片化することと、を含むことができる。各画像センサ装置は、丸味を付けた角部又は面取りされた角縁部のうちのいずれを含んでもよい。
画像センサの実装形態は、以下のうち１つ、全部又はいずれかを含むことができる。
ウェーハを貫通して第２の複数の開口部をエッチングしながら１つ以上のシリコン貫通ビアをエッチングすること。
第１の複数の開口部の各開口部は、閉じられた四角形状の周縁部を含むことができる。
第１の複数の開口部の各開口部は、円形状の周縁部を含むことができる。
第１の複数の開口部の各開口部は、楕円形状の周縁部を含むことができる。
光透過性カバーは、ガラスを含むことができる。
第１の複数の開口部は、エッチングにより形成してもよい。
本方法は光透過性カバーの第１の複数の開口部を複数の画像センサの複数の角部に整列させることを含むことができる。
本方法は、光透過性カバーを案内として使用しながらウェーハを貫通して第２の複数の孔をエッチングすることを含むことができる。
画像センサ装置の形成方法の実装形態は、第１の複数の開口部を光透過性カバーに形成することと、光透過性カバーを案内として使用して、複数の画像センサを含むウェーハに光透過性カバーを結合することと、ウェーハを貫通して第２の複数の開口部をエッチングすることと、光透過性カバー及びウェーハを複数の画像センサ装置に個片化することと、を含むことができる。各画像センサ装置は、丸味を付けた角部又は面取りされた角縁部のうちのいずれを含んでもよい。
画像センサの実装形態は、以下のうち１つ、全部又はいずれかを含むことができる。
第１の複数の開口部の各開口部は、閉じられた四角形状の周縁部を含むことができる。
第１の複数の開口部の各開口部は、円形状の周縁部を含むことができる。
第１の複数の開口部の各開口部は、楕円形状の周縁部を含むことができる。
光透過性カバーは、ガラスを含むことができる。
第２の複数の開口部を深堀り反応性イオンエッチングプロセスにより形成してもよい。
以上の及び他の態様、特徴、及び利点は、「発明を実施するための形態」及び「図面」から及び「特許請求の範囲」から当業者には明らかであろう。
以下に、添付図面を併用して実装形態について説明する。当該図面では、同様の符号は同様の要素を示す。
本開示、その態様及び実装形態は、本明細書に開示された特定の構成部品、組立手順又は方法要素に限定されない。本開示からの特定の実装形態と共に使用するための、意図した半導体パッケージと整合性のある当該技術において既知である多くの追加の構成部品、組立手順及び／又は方法要素が、明らかになるであろう。したがって、例えば、特定の実装形態が開示されているが、かかる実装形態及び実装構成部品は、意図した動作及び方法と整合性の取れた、かかる半導体パッケージ、並びに実装構成部品及び方法に関して当該技術分野で既知であるような任意の形状、サイズ、スタイル、タイプ、モデル、バージョン、寸法、濃度、材料、量、方法要素、ステップ、その他、を含むことができる。
図１を参照すると、丸味を付けた角部を有する画像センサの平面図が示されている。本明細書に開示される画像センサは、当業者に知られているチップスケール画像センサ又は他の任意の画像センサであってよい。また、本明細書で開示された原理は、プロセッサ、パワーデバイス、離散コンポーネント、及び半導体基板上に形成された他の任意のデバイスを非限定例として含む、画像センサより多くの半導体パッケージ及びデバイスタイプに適用することができる。図１に示すように、画像センサ２は画素アレイ６を含むダイ４を含む。様々な実装形態では、画像センサはまた、丸味を付けた角部８を含むことができる。丸味を付けた角部は、基本的に矩形のダイ上の非常に小さな丸味を付けた角部から、画像センサダイを略円形にする非常に大きい丸味を付けた角部まで寸法が変化してもよい。図１に示す実装形態では、丸味を付けた角部８は凸状の丸味を付けた角部であるが、他の実装形態では、丸味を付けた角部は、ダイから離れるのではなくダイの中心に向かって延びる角部の円弧を有する凹状の丸味を付けた角部であってもよい。
様々な実装形態では、画像センサ２は、ダイ４に結合された光透過性カバー１０を含むことができる。様々な実装形態では、光透過性カバー１０がダイに直接結合されているが、他の実装形態では、ダイ４と光透過性カバー１０との間に様々な要素があってもよい。様々な実装形態では、光透過性カバーは、接着剤又は他の固着材料を介してダイに結合される。接着剤は、ダイ４の縁部１２を光透過性カバー１０の縁部１４に固着することができる。光透過性カバー１０は、光学的に透明又は光学的に半透明であってもよい。特定の実装形態では、光透過性カバー１０は、非限定例として、ガラス、サファイア、又は他の任意の光透過性材料であってもよい。光透過性カバー１０は、ダイ４の角部に対応する角部１６を含んでもよい。図１に示した場合と同様に、光透過性カバー１０の角部は、凸状に丸味を付けてもよいが、他の実装形態では、角部は凹状に丸味を付けてもよい。
レンズホルダなどの光学素子１８はまた、画像センサ２に結合されていてもよい。光学素子１８は、フルカメラシステムを構成する画像センサに追加された光学素子によく見られるように、円形であってもよい。図１に示すように、画像センサ２の周縁部は、円形の光学素子１８内に収まる。
図２を参照すると、面取りされた角縁部を有する画像センサの平面図が示されている。図２の画像センサ２０は、丸味を付けた角部を有するのではなく、画像センサ２０がダイ２２と光透過性カバーとを含めて、面取りされた角縁部２４を有することを除いて、図１の画像センサ２と本質的に同一である。面取りされた角縁部の長さは可変であってもよい。図２に示すように、画像センサ２０の周縁部は、図１の画像センサ２と同様に、円形の光学素子２６内に収まるように構成されている。
図３を参照すると、直角の角部を有する画像センサの平面図が示されている。図３の画像センサ２８は、図１、２の画像センサと同様であるが、画像センサの角部３０に丸味が付けられても、面取りされてもいないという違いがある。その結果、画像センサ２８は、角部３０が直角を有するため光学素子３２内に収まることができない。これとは対照的に、図１〜２の画像センサは、丸味を付けた又は面取りされた角部によりそれぞれの光学素子内に収まることが可能である。その結果、図３の画素アレイ３４と同一のサイズの画素アレイを有する、図１〜２の画像センサは、より小さい光学素子内に収まることが可能であり、したがって、画像センサの品質又は性能を損なうことなく、カメラシステムの全体的な小型化を図ることができる。これは、角部におけるダイの材料が概して画像センサを動作させるのに必要とされる構成部品を含まず、そのため様々な実装形態において余分材料に相当するからである。
図１〜３に示した実装形態は、同一サイズとして例示された光学素子と本質的に同一サイズとして例示された画像センサとを有し、この唯一の違いは、図１〜２の画像センサの縁部がそれぞれ丸味を付けられ、面取りされていることである。様々な実装形態では、画像センサ及び／又は光学素子の寸法が可変であってもよい。特定の実装形態の一例では、光学素子の直径は、実質的に７．５ミリメートル（ｍｍ）であってもよい。画像センサの長さは、実質的に５．７ｍｍであってもよく、画像センサの周縁部は正方形であってもよい。画素アレイの各辺の長さは実質的に５ｍｍであってもよく、画像センサの縁部と画素アレイの縁部との間の長さは実質的に０．２５ｍｍであってもよい。
図４〜８を参照すると、図１又は図２の画像センサを形成するプロセスが示されている。図４を具体的に参照すると、カバーの平面図が示されている。画像センサの形成方法は、カバーを準備することを含み、このカバーは光透過性カバー３６であってもよい。様々な実装形態では、光透過性カバーは光学的に透明である一方、他の実装形態では、光透過性カバーは光学的に半透明である。様々な実装形態では、光透過性カバー３６は、非限定例として、ガラス、サファイア、又は任意の他の光透過性材料であってもよい。光透過性カバーは、図４に円形であるとして示されているが、様々な実装形態では、カバーが他の形状であってもよい。
図５を参照すると、開口部が内部に形成された状態の図４のカバーの平面図が示されている。画像センサの形成方法は、光透過性カバー３６に第１の複数の開口部３８を形成することを含むことができる。様々な実装形態では、開口部の幅は実質的に０．５ｍｍであってもよいが、他の実装形態では、開口部の幅は０．５ｍｍ以上又は以下であってもよい。図５に示すように、様々な実装形態では、第１の複数の開口部の各開口部は、非制限例として、閉じた四角形状、円形状、又は楕円形状の周縁部を含む。非限定例として、閉じられた四角形状は、正方形若しくはダイヤモンドのような菱形、長方形、又は他の四辺形であってもよい。更に、開口部の周縁部の閉じた四角形状は、湾曲した凹状の縁部を有する、ダイヤモンドのような菱形を含んでもよい。様々な実装形態において、かつ図５に示すように、第１の複数の開口部３８内の開口部のそれぞれが完全に光透過性カバー３６内に形成されているわけでない。特定の実装形態では、光透過性カバーの縁部に形成された複数の開口部３８の開口部４０は、部分的に光透過性カバー３６の周縁部の内側に開口部を形成してもよい。この点を図５に示すために、カバー３６の周縁部を横切って延びる開口部の周縁部が示されているが、実際には、周縁部を横切る開口部の縁部は存在しないであろう。第１の複数の開口部３８内の開口部の数、とともに第１の複数の開口部の開口部間の間隔は、後述するように、撮像素子を含む複数のダイの角部の数及び位置決めに依存し得る。特定の実装形態では、第１の複数の開口部３８は光透過性カバーを貫通してエッチングされてもよい。かかる実装形態では、開口部は、非限定例として、プラズマエッチング、深掘り反応性イオンエッチング、又は湿式化学エッチングを用いて形成されてもよい。様々な実装形態では、Ｒｏｂｅｒｔ Ｂｏｓｃｈ ＧｍｂＨ、Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ Ｇｅｒｍａｎｙにより、ＢＯＳＣＨ（登録商標）の商品名の下で市販されているプロセス（「ボッシュプロセス」）が、第１の複数の開口部３８を光透過性カバー３６に形成するために使用されてもよい。
図６を参照すると、ウェーハの平面図が示されている。画像センサの形成方法は、複数のダイ４４を含むウェーハ４２を準備することを含む。複数のダイ４４の各ダイは、画素アレイのような撮像素子を含むことができる。様々な実装形態では、複数のダイ４４はこの文書に開示されるいずれのダイでもよい。様々な実装形態では、各ダイの周縁部は、長方形又は正方形であってもよい。他の実装形態では、複数のダイ４４内の各ダイの周縁部は異なる形状であってもよく、それに対応して、カバー内の開口部の形状は、各ダイの周縁部に応じて変えてもよい。
図７を参照すると、図６のウェーハ上に整列された図５のカバーの平面図が示されている。画像センサの形成方法は、光透過性カバー３６の第１の複数の開口部３８を複数のダイ４４の複数の角部４６に整列させることを含む。図７に示すように、ダイの角部が他の３つのダイの他の３つの角部に隣接している実装形態では、光透過性カバー内の一つ一つの開口部が４つの隣接するダイの各々の角部をカバーするように整列されている。光透過性カバー３６は、光透過性カバーのウェーハとのノッチ整列、ウェーハ上の整列特徴を用いた光学整列、ウェーハ上のダイの複数の開口部及びストリートの形状を用いた光学整列、それらの任意の組み合わせ、並びに開口部をダイの角部上に確実に整列する任意の他の方法を、非限定例として含む種々の整列技術を用いて、ウェーハ４２と整列されてもよい。
画像センサの形成方法は、光透過性カバー３６を複数のダイ４４を有するウェーハ４２に結合することを含むことができる。様々な実装形態では、光透過性カバー３６は、接着剤又は固着材料を用いてウェーハ４２に結合されてもよい。かかる実装形態では、画素アレイを干渉しないように特定の位置において接着剤をウェーハ４２と光透過性カバー３６との間に塗布してもよい。
画像センサの形成方法は、ウェーハ４２を貫通して第２の複数の開口部を形成することを含む。第２の複数の開口部は、形状、サイズ及び位置において第１の複数の開口部３８に対応し、その結果、複数のダイ４４の各ダイの複数の角部４６において形成される。様々な実装形態では、第２の複数の開口部は、本明細書に先に開示されたいずれかのエッチング技術を用いてウェーハ４２を貫通してエッチングされてもよい。特定の実装形態では、光透過性カバー３６は、ダイを貫通して第２の複数の開口部をエッチングするための案内として使用されてもよい。かかる実装形態では、本方法は、光透過性カバー３６にマスク（図示せず）を結合することを含むことができる。マスクは、種々のリソグラフィプロセスを用いて形成されてもよく、あるいは膜の塗布の後に、パターニングを行うか若しくはパターン化膜を光透過性カバー３６上に塗布して形成されてもよい。マスクは、第１の複数の開口部３８に対応する複数の開口部を有する。光透過性カバーは、マスク内の開口部がどこに位置しているか、ウェーハ内の開口部がどこに形成されているかを指示するので案内としてみなしてもよい。マスクは、光透過性カバー３６に対する付加的なエッチング又は損傷を防止するために光透過性カバーに結合されてもよい。第２の複数の開口部は、光透過性カバーに結合されたマスクを使用してウェーハ４２を貫通して形成されてもよい。本方法は、第１の複数の開口部３８と第２の複数の開口部とが対応することを確実にすることができる。他の実装形態では、光透過性カバーはマスキング材料で覆うことなくマスクとして使用してもよい。更に他の実装形態では、第２の複数の開口部は、光透過性カバー３６に結合されたウェーハの反対側のウェーハ４２の側から部分的に又は全体的に形成又はエッチングされてもよい。様々な実装形態では、ウェーハ４２のエッチングが光透過性カバー３６をエッチングに著しく連続しないことを確実にするためにウェーハ４２のエッチングは、シリコン又は他のウェーハ材料のエッチング速度にタイミングを合わせてもよい。
他の実装形態では、画像センサの形成方法は、開口部なしの光透過性カバーをウェーハに結合することを含むことができる。かかる実装形態では、本方法は、ウェーハ内の複数のダイの複数の角部に整列する複数の開口部を内部に有する光透過性カバー上にマスクを形成することを含むことができる。本方法は、光透過性カバーに結合されたマスクを使用して光透過性カバー及びウェーハの両方を通してエッチングを施すことを含むことができる。
様々な実装形態では、画像センサ形成方法は、ウェーハ内のシリコン貫通ビア（through−silicon−vias、TSV）を形成（又はエッチング）することのような、他の手順を実行することの後に、再分配層（redistribution layer、ＲＤＬ）及び、画像センサを外部デバイスに結合するために使用されるソルダボール又はソルダバンプを形成することを含むことができる。かかる手順は、第２の複数の開口部がウェーハ４２を貫通して形成されるのと同時に実行されてもよい。特定の実装形態では、ＴＳＶ及び第２の複数の開口部をウェットエッチング処理により同時に形成してもよい。
図８を参照すると、図７のウェーハ及びカバーが個片化された後における４つの画像センサ装置の平面図が示されている。画像センサの形成方法は、光透過性カバー及びウェーハを複数の画像センサ装置４８に個片化することを含む。個片化は、非限定例として、ソー切断、レーザ切断、高圧水切断、それらの任意の組み合わせ、並びにカバー及び／又はウェーハの材料の他の切断方法を用いて行うことができる。図８に示すように、複数の画像センサ装置４８の各画像センサ装置は、複数の面取りされた角縁部を含む。面取りされた角縁部は、四辺形、又はダイヤモンド状の開口部をウェーハの複数のダイの各ダイの角部上に形成した結果であってもよい。他の実装形態では、個片化された画像センサ装置４８はそれぞれ、図１の画像センサと同様に、丸味を付けた角部を有してもよい。かかる実装形態では、光透過性カバーの第１の複数の開口部３８は、（図１の角部と同様に）凸状の丸味を付けた角部を形成するために凹状の縁部を有するダイヤモンド形状の周縁部を備えた閉じ込められた開口部を有してもよい。代替的に、光透過性カバーの第１の複数の開口部３８は、画像センサの凹状の丸味を付けた角部を形成するために円又は楕円の形状の周縁部を備えた閉じ込められた開口部を有してもよい。
様々な実装形態では、ウェーハ４２及び光透過性カバー３６は、ソーを用いて個片化される。かかる実装形態では、ソーブレードの幅は、第１又は第２の開口部の各開口部の幅よりも小さい。このようにして、各ダイの角部は丸味を付けるか若しくは面取りしてもよい。他の実装形態では、ウェーハは、非限定例として、レーザ、ウォータージェット、又は他の個片化装置を使用して個片化される。
ダイの角部及び画像センサのカバーに丸味を付けるか若しくは面取りすることによって、画像センサは、円形である場合が多い、レンズホルダ等の小さい光学素子内に収まることが可能である。本方法によって、画素アレイのサイズを減少させることなく、若しくは小型カメラシステムと引き換えに画質を犠牲にすることなく、全体的に小型であるカメラシステムが可能になり得る。また、レンズホルダ等の多くの光学素子は、サイズがわずかに変化するので、各種サイズの光学素子を収容するために、画像センサのサイズもわずかに変化させる必要がある。画像センサを形成しながらカバー及びダイの開口部のサイズを変更することにより、異なるシリコンウェーハを製造することなく、異なるサイズの画像センサを容易に製造することができる。異なるシリコンウェーハを製造することなく画像センサのサイズを変更するために、画像センサを個片化するソーブレードの幅を変化させてもよい。
この適用は主として画像センサの構造及び画像センサの形成方法に焦点を当てているが、本明細書に開示された方法は画像センサではない他の半導体装置に適用されてもよい。様々な実装形態では、ウェーハに結合された光透過性カバーを有するのではなく、光透過性カバーではないカバーが複数のダイを含むウェーハに結合されてもよい。かかる実装形態では、カバーは金属層、別のウェーハ、半導体材料、又は平面層内に形成された別の材料であってもよく、ウェーハと同一の周縁部を有しても有さなくてもよい。他の実装形態では、装置がカバーを有するのではなく、本明細書で開示された本方法及び技術が、スタック式ダイ／固着ダイの形成に適用されてもよい。かかる実装形態では、複数のダイを含む第１のウェーハは、それを貫通してエッチングされる複数の開口部を有することができる。第１のウェーハは、次いで、複数のダイをやはり含む第２のウェーハに結合されてよく、かつ対応する組の開口部が第２のウェーハを貫通して形成されてもよい。対応する組の開口部は、第２のウェーハを貫通してエッチングされてもよく、かつ第１のウェーハのエッチング時の案内として使用することもできる。かかる方法及び技術は、ＭＥＭＳデバイスと対話する制御装置又はセンサを含む第２のウェーハにＭＥＭＳデバイスが固着される場合に微小電気機械システム（Micro−electro−mechanical systems、ＭＥＭＳ）を形成するのに採用することができる。
本明細書に開示されているような画像センサの実装形態は、光透過性カバーがガラスを含む場合にセンサを含む。
本明細書に開示されるような画像センサの実装形態は、ダイの丸味を付けた角部又は面取りされた角縁部がエッチングによって形成されるように構成されてもよい。
画像センサ装置の形成方法の実装形態は、光透過性カバー内の第１の複数の開口部がエッチングによって形成される場合を含むことができる。方法の実装形態はまた、光透過性カバーの第１の複数の開口部を複数のダイの複数の角部に整列させることを含むことができる。方法の実装形態はまた、光透過性カバーを案内として用いながら、ウェーハを貫通して第２の複数の孔をエッチングすることを含むことができる。
画像センサ装置の形成方法の実装形態は、第１の複数の開口部の各開口部が、閉じられた四角形状の周辺部、円形状の周辺部、又は楕円形状の周辺部を有する場合を含むことができる。様々な方法の実装形態では、第２の複数の開口部は、深掘り反応性イオンエッチングプロセスにより形成されてもよい。
以上の説明が画像センサの特定の実装形態及び実装構成部品、サブ構成部品、方法及びサブ方法を参照する箇所では、それらの趣旨から逸脱することなくいくつかの修正がなされてもよいこと及びこれらの実装形態、実装構成部品、サブ構成部品の、方法及びサブ方法が他の画像センサに適用されてもよいことがすぐに明らかであろう。
Claims (5)
- 画像センサであって、
丸味を付けた角部又は面取りされた角縁部のうちの一方を備えるダイと、
前記ダイに結合された光透過性カバーと、を備え、
前記光透過性カバーが、前記ダイの前記丸味を付けた角部又は面取りされた角縁部のうちの一方に対応する丸味を付けた角部又は面取りされた角縁部のうちの一方を備える、画像センサ。 - 前記ダイの前記角部が、凸状に丸味が付けられているか又は凹状に丸味が付けられている、請求項１に記載の画像センサ。
- 画像センサ装置の形成方法であって、
第１の複数の開口部を光透過性カバー内に形成することと、
前記光透過性カバーを複数のダイを含むウェーハに結合することと、
前記ウェーハを貫通して第２の複数の開口部をエッチングすることであって、前記第２の複数の開口部が前記光透過性カバーの第１の複数の開口部に整列する、エッチングすることと、
前記光透過性カバー及び前記ウェーハを複数の画像センサ装置に個片化することと、を含み、各画像センサ装置が、丸味を付けた角部又は面取りされた角縁部のうちの一方を含む、方法。 - 前記ウェーハを貫通して前記第２の複数の開口部をエッチングしながら１つ以上のシリコン貫通ビアをエッチングすることを更に含む、請求項３に記載の方法。
- 画像センサ装置の形成方法であって、
第１の複数の開口部を光透過性カバー内に形成することと、
前記光透過性カバーを複数のダイを含むウェーハに結合することと、
前記光透過性カバーを案内として用いて、前記ウェーハを貫通して第２の複数の開口部をエッチングすることと、
前記光透過性カバー及び前記ウェーハを複数の画像センサ装置に個片化することと、を含み、各画像センサ装置が丸味を付けた角部及び面取りされた角縁部のうちの一方を含む、方法。
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