JP4384417B2 - レンズ内蔵型イメージセンサーの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はレンズ内蔵型イメージセンサーの製造方法に関するもので、より詳細に述べると、半導体素子の製造工程中、イメージセンサー素子を作ってレンズモジュールを別途に製作して組み立てず、直接的に素子上にレンズを取付けられるようにして、レンズ内蔵型でイメージセンサーを製作するレンズ内蔵型イメージセンサーの製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、イメージセンサーは被写体の情報を感知して電気的な映像信号に変換する装置である。これを大別すると、撮像管と固体イメージセンサーに分けられる。ここで、撮像管にはビディコン、 プランビコンなどがあり、固体イメージセンサーには相補性金属酸化物半導体(complementary metal−oxide semiconductor、以下「CMOS」と称する)と電荷結合素子(charge coupled device、以下「CCD」と称する)などがある。その中で、固体イメージセンサーで利用されるイメージセンサーは、イメージセンサー用半導体チップを内蔵した半導体チップのパッケージにレンズを取付けた形態で使用することが一般的である。このイメージセンサー用半導体チップのパッケージは、半導体素子によってCMOS用とCCD用に大別される。
【0003】
CMOSイメージセンサーの製造工程においては、まずCMOSと画素の形成工程を進行して、最後に金属配線を形成する。そして、カラーセンサーを具現するために、カラーフィルターの形成工程を経た後、集光能力を高めるために素子の上部における個別画素の上にマイクロレンズを形成する。続いて、パッケージを進行して合成樹脂回路基板(Plastic Circuit Board、以下「PCB」と称する)上にパッケージされた素子を載置して、レンズモジュールと取付ける。
【0004】
このような従来技術によるイメージセンサーの製造方法では、素子とレンズモジュールが分離されており、素子の画素アレイとレンズモジュール間の焦点距離の補正が必要であり、素子から画素アレイの位置によって素子におけるレンズモジュールの形態を変形しなければならない。更に、パッケージの大きさによってレンズモジュールの大きさも変更しなければならない問題点があった。
【0005】
更にまた、素子をパッケージする際、異物により素子の上部が汚染されて不良が発生する原因になり、また、パッケージされた素子とレンズモジュール間の組立時に、ずれによる不良が発生したりするので、全体的なモジュールのサイズが大きいため、製品化する際に最終製品のサイズが大きくなるしかなかった。
【0006】
また、素子のパッケージの工程時、ウエハーを加工して収率を確認し、ウエハーの後面を磨いた後から、パッケージを完了するまでの過程で、画素アレイに異物が混入した場合、製品不良が発生するようにになる。その上、パッケージ内部の異物や素子の切断時、素子の縁にあったシリコン粉が画素アレイに侵入して不良が生じる問題点があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題点を解決するための本発明の目的は、パッケージ工程を進行する前に、素子製造の最後の段階で画素アレイの周辺に金属凸を形成して、流動性のある材質でレンズを形成した後、レンズの下面のへこんだ凹状の整列マークを利用して素子とレンズを取付けることで、イメージセンサー素子の製造時レンズモジュールを別途に製作せずに、直接的に素子上にレンズを取付けることができるレンズ内蔵型イメージセンサーの製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、画素アレイ部とCMOSロジック部が一つのチップに集積化されるイメージセンサーにおいて、基板上に金属配線及び絶縁膜と最上金属層を蒸着する段階と、前記最上金属層を画素アレイの周辺にだけ残すとともに前記最上金属層の近傍に複数の整列マークを残して、前記最上金属層上に保護膜を蒸着する段階と、カラーフィルター工程を進行した後、パッド金属端子をオープンするマスク工程を進行して、保護膜の両端間へ最上金属層を露出させる段階と、前記最上金属層の上にチタニウム膜及び金属膜を蒸着する段階と、前記金属膜上に金属凸が形成される部分をオープンした後、電気メッキ方式を利用して金属凸を成長させる段階と、前記電気メッキにより成長した前記金属凸の下部の金属膜及びチタニウム膜を除去する段階と、前記金属凸と結合するレンズを形成する段階と、前記金属凸と前記レンズを、前記整列マークを位置決め用に利用して結合する段階と、を含むことを特徴とする。
【0009】
ここで、前記金属膜は、スパッタリングまたは電気メッキ方式により形成することがいい。
【0010】
また、前記金属膜及び金属凸は、Au、Ag、Cuのうちいずれかであることがいい。
【0011】
更に、前記電気メッキ方式を利用した金属凸の成長工程は、亜硫酸塩電解質を利用することが好ましい 。
【0012】
更に、前記画素アレイの周辺にだけ残る最上金属層は、閉鎖型で形成することが好ましい。
【0013】
また更に、前記レンズの下面は、前記金属凸と結合するように凹状であることが好ましい。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照にして本発明の好ましい実施形態について説明する。また、この実施形態は本発明の権利範囲を限定するのではなく、ただ、例示として提示したものである。
【0015】
図1ないし図10は本発明に係るレンズ内蔵型CMOSイメージセンサーの製造方法を示す図面である。
【0016】
まず、図1を参照すると、CMOSイメージセンサーにおいては、CMOSと画素形成工程を進行して金属配線101を形成する。そして、従来の技術とは異なり、カラーセンサーを具現するためにカラーフィルターの形成工程を経ないで金属間絶縁膜102を蒸着した後、ボンディングパッド金属端子部のみをオープンするマスク工程を進行する。次に、エッチング工程を進行した後、金属間絶縁膜102の上部に最上金属層103を8000Åの厚さで蒸着してマスク工程を進行する。
【0017】
この時、図2を参照すると、ボンディングパッド金属端子部105は金属パターンが残るようにする。尚且つ、画素アレイ部Aの外周縁に幅60μm以上の金属が残るようにパターニングする。この時、金属帯は閉鎖型で全て連結しても良く、中途で絶えてもいい。更には、平面形状が十字状の複数の整列マーク110が閉鎖型の金属帯の外側近傍に生じるようにパターニングしなければならない。
【0019】
続いて、一般的な工程により保護膜を蒸着し、カラーセンサーを具現するためにカラーフィルター形成工程を進行した後、集光能力を高めるためにマイクロレンズを素子上部の個別画素に形成する。その次に、パッド金属端子105をオープンするマスク工程を進行する。この時、保護膜104の両端間に最上金属層103が露出するようにマスク工程を行なわなければならないが、最上金属層103と最上金属オープン部との距離が20μm以上になるようにする。
【0020】
図3を参照にすると、図に示すように、最上金属層103と後続の工程で蒸着される金属凸との接着力を高めるために、チタニウム膜106を4000Åの厚さで蒸着する。次に、チタニウム膜106の上部に金属凸を形成するための金属膜107を蒸着する。この時、金属膜はウエハーの全面にスパッタリング方法または電気メッキ方式で金(Au)を1000Åの厚さで形成する。
【0021】
ここで、前記金属膜及び金属凸はAuのみならず、Ag、Cuのうちいずれかを利用することもできる。
【0022】
次に、図4に示すように、金属凸を形成する部分だけをオープンさせるためのフォトレジストパターン108を形成するが、オープン部は30μm以上になるようにする。
【0023】
続いて、図5に示すように、ウエハーを電解質溶液で使用する亜硫酸塩に漬し、ウエハーには陰極を、電解質溶液には両極を接続して化学反応を起こして前期金属膜107から金属凸107’が成長するようにする。この時、メッキされた金がフォトレジストパターン108の上に出ない厚さで形成しなければならない。
【0024】
次に、図6に示すように、フォトレジストパターン108を除去する。
【0025】
続いて、図7に示すように、メッキされた金属凸107'の下部に形成された金属膜107及びチタニウム膜106を除去する。
【0026】
図8を参照にすると、図8はレンズ部を示す図面で、下面が四角であり、上部はレンズの役割をする。この時、画素アレイのサイズを考慮して直径を定め、焦点距離を考慮して曲律半径を定め、レンズ109下部の四角面の厚さも焦点距離を考慮して定める。
【0027】
次に、図9は、上部に形成された素子の配列位置を示す図面で、金属凸を閉鎖型で作る場合、レンズ109の下面も閉鎖型で作らなければならず、凹状をレンズの下面に形成しなければならない。
【0028】
次に、図10は、前記レンズ部109の下面凹状と素子の金属凸を結合し取付けてレンズ内蔵型イメージセンサーを製作する図面で、レンズを素子上に載置する際、整列マーク110を位置決めに利用すれば容易に結合できる。また、レンズの下面を画素アレイ部分の高さぐらい除去して画素アレイがレンズ部に触れないようにしても良くて、ウエハーの後面を磨いてレンズを取付けてもいい。このようにすれば、コストの低減や工程の安全性面で有利である。
【0029】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、パッケージ工程を進行する前に、素子製造の最後の段階で画素アレイの周辺に金属凸を形成して、流動性のある材質でレンズを形成した後、レンズの下面のへこんだ凹状と整列マークを利用して素子とレンズを連結することで、イメージセンサー素子の製造時レンズモジュールを別途に製作せず、直接的に素子上にレンズを取付けることができるので、素子のパッケージ工程で発生する異物の混入による不良を防止できる。また、レンズモジュールの焦点と素子との焦点のずれによる不良を完全に防止できる利点がある。
【0030】
更にまた、素子とレンズを同一のチップにパッケージすることで、全体的なモジュールのサイズを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るレンズ内蔵型CMOSイメージセンサーの製造方法を示す図面である。
【図2】 本発明に係るレンズ内蔵型CMOSイメージセンサーの製造方法を示す図面である。
【図3】 本発明に係るレンズ内蔵型CMOSイメージセンサーの製造方法を示す図面である。
【図4】 本発明に係るレンズ内蔵型CMOSイメージセンサーの製造方法を示す図面である。
【図5】 本発明に係るレンズ内蔵型CMOSイメージセンサーの製造方法を示す図面である。
【図6】 本発明に係るレンズ内蔵型CMOSイメージセンサーの製造方法を示す図面である。
【図7】 本発明に係るレンズ内蔵型CMOSイメージセンサーの製造方法を示す図面である。
【図8】 本発明に係るレンズ内蔵型CMOSイメージセンサーの製造方法を示す図面である。
【図9】 本発明に係るレンズ内蔵型CMOSイメージセンサーの製造方法を示す図面である。
【図10】 本発明に係るレンズ内蔵型CMOSイメージセンサーの製造方法を示す図面である。
【符号の説明】
101 金属配線、102 絶縁膜、103 最上金属層、104 保護膜、105 パッド端子、106 チタニウム膜、107 金属膜、107' 金属凸、108 フォトレジストパターン、109 レンズ、110 整列マーク。
Claims (6)
- 画素アレイ部とCMOSロジック部が一つのチップに集積化されるイメージセンサーにおいて、基板上に金属配線及び絶縁膜と最上金属層を蒸着する段階と、
前記最上金属層を画素アレイの周辺にだけ残すとともに前記最上金属層の近傍に複数の整列マークを残して、前記最上金属層上に保護膜を蒸着する段階と、
カラーフィルター工程を進行した後、パッド金属端子をオープンするマスク工程を進行して、保護膜の両端間へ最上金属層を露出させる段階と、
前記最上金属層の上にチタニウム膜及び金属膜を蒸着する段階と、
前記金属膜上に金属凸が形成される部分をオープンした後、電気メッキ方式を利用して金属凸を成長させる段階と、
前記電気メッキにより成長した前記金属凸の下部の金属膜及びチタニウム膜を除去する段階と、
前記金属凸と結合するレンズを形成する段階と、
前記金属凸と前記レンズを、前記整列マークを位置決め用に利用して結合する段階と、を含むことを特徴とするレンズ内蔵型イメージセンサーの製造方法。 - 前記金属膜は、スパッタリングまたは電気メッキ方式により形成することを特徴とする請求項1に記載のレンズ内蔵型イメージセンサーの製造方法。
- 前記金属膜及び金属凸は、Au、Ag、Cuから選択されたいずれかであることを特徴とする請求項1に記載のレンズ内蔵型イメージセンサーの製造方法。
- 前記電気メッキ方式による金属凸の成長工程で利用する電解液は、亜硫酸塩溶液であることを特徴とする請求項1に記載のレンズ内蔵型イメージセンサーの製造方法。
- 前記画素アレイの周辺にだけ残る最上金属層は、閉鎖型で形成することを特徴とする請求項1に記載のレンズ内蔵型イメージセンサーの製造方法。
- 前記レンズの下面は、前記金属凸と結合するように凹状であることを特徴とする請求項1に記載のレンズ内蔵型イメージセンサーの製造方法。
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