KR100747610B1 - 이미지 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents
이미지 센서 및 이의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100747610B1 KR100747610B1 KR1020060031472A KR20060031472A KR100747610B1 KR 100747610 B1 KR100747610 B1 KR 100747610B1 KR 1020060031472 A KR1020060031472 A KR 1020060031472A KR 20060031472 A KR20060031472 A KR 20060031472A KR 100747610 B1 KR100747610 B1 KR 100747610B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- substrate
- image sensor
- via hole
- semiconductor substrate
- metal member
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 152
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 75
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 75
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 51
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 24
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 7
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 6
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims 1
- 239000000565 sealant Substances 0.000 abstract description 10
- 230000001131 transforming effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 4
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 4
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 4
- 239000002952 polymeric resin Substances 0.000 description 4
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0203—Containers; Encapsulations, e.g. encapsulation of photodiodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14618—Containers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14627—Microlenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/02002—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations
- H01L31/02005—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
본 발명의 일 특징에 따른 이미지 센서는 반도체 기판, 미들 기판, 제 1 금속 부재 및 상부 기판을 포함한다. 상기 반도체 기판은 외부 광 신호를 감지하고 상기 외부 광 신호를 전기적 신호로 변환시킨다. 상기 미들 기판은 상기 반도체 기판 상에 배치되고, 도전성 물질이 충진된 비어홀 및 상기 외부 광 신호가 상기 반도체 기판에 도달할 수 있도록 하는 개구가 형성되어 있다. 상기 제 1 금속 부재는 상기 반도체 기판 및 미들 기판의 경계 면에 형성되고, 상기 반도체 기판 및 미들 기판을 결합시켜 상기 반도체 기판 및 미들 기판에 의하여 형성된 내부 공간을 밀봉시킨다. 상기 상부 기판은 상기 미들 기판 상에 결합되어 상기 개구를 덮도록 배치되고, 투명 재질로 이루어진다. 상기 이미지 센서는 외부 이물질의 유입을 효율적으로 방지할 수 있고, 유기 실런트의 경화 과정에서 발생될 수 있는 가스에 의한 소자 손상의 위험이 배제 될 수 있으며 나아가 박형화가 용이하다.
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 수직 단면도이다.
도 2 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 수직 단면도들이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
30: 제 2 금속 부재 50: 제 1 금속 부재
70: 마이크로렌즈 110: 반도체 기판
205: 트랜치 210: 미들 기판
212: 비어홀 214: 도전성 패드
217: 절연막 220: 개구
310: 상부 기판 1000: 이미지 센서
본 발명은 이미지 센서 및 상기 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 먼지, 수분 등의 외부 이물질 차단 성능이 우수하고 제조 공정 상 에서 불순물 발생 가능성이 적으며, 나아가 얇은 두께를 구현할 수 있는 이미지 센서 및 상기 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자를 말하며, 실생활의 다양한 분야에 응용되고 있다. 빛을 받는 만큼 전하를 발생시키는 광학 모듈부와 전하를 전압으로 변환하여 최종의 형태로 가공하는 회로부로 나뉘는데, 그 구현 방식에 따라 CCD(Charge Coupled Device)와 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Silicon) 소자로 나뉠 수 있다. CCD는 개개의 MOS 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS 소자는 제어회로 및 신호처리회로를 주변 회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수 만큼의 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다. CCD는 구동방식이 복잡하고 전력소모가 많으며, 마스크 공정 스텝수가 많아서 공정이 복잡할 뿐만 아니라 시그날 프로세싱 회로를 CCD 칩내에 구현할 수 없어 원칩(One Chip)화가 곤란하다는 등의 여러 단점이 있는바, 요사이는 CMOS 소자를 많이 연구, 활용하고 있는 추세이다.
이러한 이미지 센서는 다양한 제조 방법이 개발되어 있는데, 특히 카메라 폰과 같이 경박단소한 특성이 중요한 분야에서는 COB(Chip On Board), COF(Chip On Film) 등의 방식이 종전에는 많이 사용되었다. COB 방식은 연성 PCB(Flexible Printed Circuit Board)와 이미지 센서의 뒷면을 다이 접착제로 접착시킨 후 금 본딩 와이어로 이미지 센서의 입출력 단자(I/O 단자)와 PCB 전극을 연결하는 방식으 로 기존의 반도체 생산라인과 유사한 공정을 사용하여 생산성이 높으나 와이어 본딩을 위한 공간이 필요하여 모듈의 크기가 커지는 단점이 있다. 또한, COF 방식은 COB와 같이 연성 PCB에 바로 부착하지만 이미지 센서의 앞면(Active Side)이 연성 PCB의 전극에 직접 플립 칩 본딩되므로 COB처럼 금본딩 와이어를 필요로 하지 않고 렌즈 경통까지의 높이도 낮추게 되어 경박 단소한 모듈을 제조할 수 있다.
그러나 패키지 기술의 발달에 따라 칩 사이즈 패키지(CSP, Chip Size Package) 기술이 개발되었는데, 칩 사이즈 패키지는 이미지 센서가 기판 글라스에 장착되어 있고 이미지 센싱 부분과 상부 글라스 사이에 빈 공간을 가지면서 주변 부분이 에폭시 레진으로 접착되어 있다.
그 후 패키지 기술은 더욱 발달하여 칩 각각을 개별적으로 조립하는 형태에서 웨이퍼 전체를 한꺼번에 조립하는 신개념의 반도체 패키지 기술이 개발되어 공정의 단순화는 물론 실장 공간을 획기적으로 줄일 수 있게 되었는데, 이를 웨이퍼 레벨 패키지(WLP, Wafer Level Package)라고 한다. 이 패키지 기술은 웨이퍼에서 잘라낸 칩 하나 하나를 조립 포장하는 기존 방식과 달리 칩이 분리되지 않은 웨이퍼 상에서 조립까지 끝마치는 기술로 반도체 공정을 획기적으로 개선한 기술이다.
최근, 휴대용 디지털 기기들이 슬림화되면서, 보다 얇은 두께를 갖는 이미지 센서의 개발이 적극적으로 시도되고 있다. 또한, 외부 이물질 유입으로 인한 성능저하 문제가 최근 크게 이슈화되고 있으며, 나아가 실런트로 사용되는 에폭시 수지 등의 수지 성분의 경화 시 발생 되는 불순 가스 발생에 따른 피해 사례가 보고 되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점 및 요구를 감안한 것으로서, 먼지, 수분 등의 외부 이물질이 내부로 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있어 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있고 보다 얇은 두께를 구현할 수 있는 이미지 센서를 제공한다.
본 발명은 또한 공정 산물로서 내부에 이물질이 발생할 수 있는 가능성을 감소시켜 공정의 신뢰성이 우수한 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 따른 이미지 센서는 반도체 기판, 미들 기판, 제 1 금속 부재 및 상부 기판을 포함한다. 상기 반도체 기판은 외부 광 신호를 감지하고 상기 외부 광 신호를 전기적 신호로 변환시킨다. 상기 미들 기판은 상기 반도체 기판 상에 배치되고, 도전성 물질이 충진된 비어홀 및 상기 외부 광 신호가 상기 반도체 기판에 도달할 수 있도록 하는 개구가 형성되어 있다. 상기 제 1 금속 부재는 상기 반도체 기판 및 미들 기판의 경계 면에 형성되고, 상기 반도체 기판 및 미들 기판을 결합시켜 상기 반도체 기판 및 미들 기판에 의하여 형성된 내부 공간을 밀봉시킨다. 상기 상부 기판은 상기 미들 기판 상에 결합되어 상기 개구를 덮도록 배치되고, 투명 재질로 이루어진다.
상기 비어홀은 제 2 금속 부재에 의하여 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결된다. 상기 제 1 금속 부재는 각각 인듐(In) 및 금(Cu)으로 이루어진 두 개의 금속 층을 포함할 수 있다.
상기 상부 기판은 상기 비어홀이 형성된 상기 미들 기판의 일부 영역이 노출되도록 배치될 수 있다.
상기 미들 기판 상에는 상기 비어홀과 전기적으로 연결되어 있어 상기 전기적 신호를 외부로 제공하는 도전성 패드가 형성되어 있다.
상기 개구에 대응하는 상기 반도체 기판 표면에는 외부 광 신호의 수용 효율을 향상시키기 위한 마이크로 렌즈가 형성될 수 있다.
상기 미들 기판의 표면은 절연물질로 코팅되어 있어 외부 부재와 전기적으로 절연되어 있다.
본 발명의 일 특징에 따라, 이미지 센서를 제조하기 위해서는, 우선 제 1 기판 상에 적어도 하나의 트랜치가 형성된다. 다음, 상기 상기 제 1 기판 상에는 도전성 물질이 증착되고 패터닝되어 도전성 패드가 형성된다. 다음, 상기 트랜치를 덮도록 투명성 재질의 제 2 기판이 상기 제 1 기판 상에 결합된다. 상기 도전성 패드에 대응하는 제 1 기판의 일부 영역은 식각되어 비어홀이 형성된다. 상기 비어홀 내부에는 도전성 물질이 충진되어 상기 도전성 물질이 상기 도전성 패드와 접촉된다. 어느 하나의 상기 트랜치 하부는 식각되어 상기 제 1 기판에는 개구가 형성된다. 상기 제 1 기판 하부의 테두리 영역에는 제 1 금속 패턴이 형성된다. 상기 제 1 금속 패턴과 마주보도록 형성된 제 2 금속 패턴을 포함하고, 반도체 층이 구비된 제 3 기판은 상기 제 1 금속 패턴 및 제 2 금속 패턴을 용융시켜 접합됨으로써 상기 제 1 기판과 접합된다.
상기 제 1 금속 패턴 및 제 2 금속 패턴은 200℃ 미만의 온도 하에서 용융될 수 있다.
상기 제 2 기판의 일부는 제거되어 상기 도전성 패드가 노출될 수 있다.
본 발명에 따른, 이미지 센서는 먼지, 수분 등의 외부 이물질의 유입을 효과적으로 차단할 수 있어 제품의 신뢰성이 우수하며, 이미지 센서 소자의 두께를 감소 시킬 수 있다. 또한, 상기 제조 방법에 따르면, 제조 공정상 발생할 수 있는 소자의 열화에 의한 손상 및 제조 과정에 기인한 이물질 발생의 가능성이 매우 낮다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
이미지 센서
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 도시한 수직 단면도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서(1000)는 반도체 기판(110), 미들 기판(210) 및 상부 기판(310)을 포함한다.
상기 반도체 기판(110) 및 미들 기판(210)은 실리콘을 포함한다. 상기 반도체 기판(110)에는, 도시하지는 않았으나, 외부 광신호가 입사되면 상기 광 신호를 전기적 신호로 변환하는 포토 다이오드 등 각종 반도체 소자들을 포함하는 반도체 층이 형성되어 있다.
상기 반도체 기판(110) 상에는 외부 광 신호의 수용 효율을 증가 시키기 위한 광학 부재들이 형성될 수 있다. 도 1에는, 상기 광학 부재로서 마이크로 렌즈(70)가 형성되어 있다. 상기 마이크로 렌즈(70)는 고분자 수지 등이 도포되고 발포됨으로써 형성될 수도 있고, 패터닝 공정 등 다양한 종래의 방법을 이용하여 형 성될 수 있다.
상기 미들 기판(210)에는 개구(220)가 형성되어 있다. 상기 개구(220)는 상기 미들 기판(210) 모재(母材)의 일부 영역을 상하 습식 식각(wet etching)하여 형성될 수 있다. 상기 개구(220)는 평면 상에서 보았을 때 폐 곡선으로 둘러싸인 폐곡면을 이루고 있다. 상기 개구(220)는 외부 광 신호의 이동 경로로서 기능한다. 상기 마이크로 렌즈(70)는 상기 개구(220)에 대응하는 영역의 반도체 기판(110) 상에 위치한다. 또한, 상기 개구(220)는 이미지 센서(1000)의 밀폐된 내부 공간에 해당한다.
상기 미들 기판(210)은 상기 미들 기판(210)의 외부 부재들과 접촉하는 접촉 표면에 형성된 절연막(217)을 포함한다. 상기 절연막(217)은 산화물 등으로 코팅되어 있어, 외부 부재와 전기적으로 분리되어 있다.
상기 미들 기판(210)에는 적어도 하나의 비어홀(212)이 형성되어 있다. 상기 비어홀(212)의 내부는 전기 전도성이 우수한 도전성 물질로 충진되어 있다. 본 실시예에서, 상기 도전성 물질로서 구리(Cu)가 사용된다. 또한, 상기 비어홀(212)의 깊이는 50㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기 비어홀(212)은 상기 반도체 기판(110)으로부터 발생된 전기적 신호가 외부의 신호 처리 수단(미 도시)으로 전달되기 위한 전달 통로로서 기능한다. 상기 비어홀(212)은 복수개 형성될 수 있으며, 본 실시예에서는, 40개의 비어홀(212)들이 이미지 센서(1000) 상면의 테두리를 따라 형성된다. 즉, 40핀을 구성한다.
상기 비어홀(212)의 상부에는 도전성 패드(214)가 형성되어 있다. 상기 도전 성 패드(214)는 상기 비어홀(212)과 전기적으로 연결되어 있어, 상기 비어홀(212)로부터 전달된 전기적 신호를 외부에 제공하기 위한 연결부 역할을 한다. 상기 도전성 패드(214)는 도전성 볼, 도전성 와이어 등을 통하여 외부 회로와 연결될 수 있다. 상기 도전성 패드(214)는 사각 또는 원형을 갖도록 패터닝 되어 있다. 상기 도전성 패드(214)는 전기 전도성이 우수한 금속을 포함할 수 있고, 이종의 금속을 복수로 포함할 수도 있다. 본 실시예에서, 상기 도전성 패드(214)는 티타늄, 니켈 및 금을 포함한다.
상기 미들 기판(210) 및 반도체 기판(110)은 제 1 금속 부재(50)에 의하여 결합된다. 상기 제 1 금속 부재(50)는 상기 미들 기판(210) 및 반도체 기판(110)에 형성된 금속 패턴들을 용융시켜 접합함으로써 형성된 것이다. 상기 제 1 금속 부재(50)는 200℃ 미만의 용융점을 갖는 금속들로 이루어지며, 바람직하게는 두 개 이상의 금속 층으로 이루어진다. 본 실시예에서, 상기 제 1 금속 부재(50)는 인듐(In) 및 금(Au)을 포함한다. 상기 제 1 금속 부재(50)의 두께는 3㎛ 미만으로서 실질적으로 상기 미들 기판(210) 및 반도체 기판(110)은 접합 되어 있는 것으로 생각해도 된다.
상기 제 1 금속 부재(50)는 결합 부재로서의 역할뿐만 아니라, 상기 이미지 센서(1000)의 내부 공간(220)을 밀봉하는 실런트(selant)로서 기능 한다. 따라서 상기 제 1 금속 부재(50)는 상기 미들 기판(210) 및 상기 반도체 기판(110)의 테두리를 따라 상기 미들 기판(210) 및 상기 반도체 기판(110)의 경계 면에 형성된다.
상기 비어홀(212) 하부에는 상기 반도체 기판(110) 및 상기 비어홀(212)을 전기적으로 연결하는 제 2 금속 부재(30)가 형성되어 있다. 상기 제 2 금속 부재(30)는 상기 제 1 금속 부재(50)와 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 이와 다르게, 상기 제 1 금속 부재(50) 및 제 2 금속 부재(30)는 서로 다른 성분의 금속을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제 1 금속 부재(50) 및 제 2 금속 부재(30)의 높이는 실질적으로 동일하여 높이 차가 발생되지 않는다. 상기 제 2 금속 부재(50)는 상기 제 1 금속 부재(50)와는 달리, 테두리 형상을 갖지 않고 상기 비어홀(212)에 대응하는 형상으로 형성된다.
결국, 상기 반도체 기판(110)으로부터 생성된 전기적 신호는 반도체 기판(110), 제 2 금속 부재(50), 비어홀(212) 및 도전성 패드(217)을 경유하여 이미지 센서(1000)의 외부로 제공될 수 있다.
상기 미들 기판(210) 상에는 상부 기판(310)이 배치된다. 상기 상부 기판(310)은 양극 접합(anodic bonding) 등의 방식으로 상기 미들 기판(210)과 결합된다. 상기 상부 기판(310)은 유리 등의 투명성 재질로 이루어지며, 상기 미들 기판(210)과 접합되어 상기 미들 기판(210) 및 반도체 기판(110) 사이의 내부 공간으로 먼지나 수분 등의 외부 이물질이 유입되는 것을 차단한다.
상기 상부 기판(310)은 상기 도전성 패드(214)가 노출되도록 배치된다. 즉, 상기 도전성 패드(214) 상에는 빈 공간이 확보되어 있어, 도전성 와이어 또는 도전성 볼을 이용한 전기적 연결이 용이하다.
상기 도전성 패드(214)가 상기 미들 기판(210)의 상부에 배치되어 있어, 추가적인 공간이 필요 없어 두께를 감소시킬 수 있는 요인이 된다. 즉, 종래와 같이 상기 반도체 기판(110)의 하부에 도전성 패드 등이 형성되면 두께가 증가 될 수 있는 문제가 있다.
다시 말하면, 외부 광학 렌즈 등과 반도체 기판의 센서 사이의 거리는 초점거리를 고려하여 기 설정되는 거리이므로, 상기와 같이 이미지 센서(1000) 내부의 미들 기판(210) 상부에 도전성 패드(214)가 배치될 경우에는 추가적인 두께를 발생시키지 않으므로 대단한 이점이 있다.
상기 이미지 센서(1000)는 기존의 실란트로서 사용되는 에폭시 수지 등의 고분자 수지를 사용하지 않기 때문에, 경화 과정에서의 가스 발생 등의 문제가 없고 금속 특유의 물성 등에 기인하여 우수한 신뢰성을 확보할 수 있다.
이미지 센서의 제조 방법
도 2 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 도시한 수직 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 제 1 기판(200)의 표면에는 절연막(217)이 형성된다. 상기 절연막은 상기 제 1 기판(200)을 외부와 절연시키는 역할을 한다.
도 3을 참조하면, 상기 제 1 기판(200) 상에는 복수의 트랜치(205)들이 형성된다. 도 3에서, 중앙에 있는 트랜치(205)는 후에 개구(2200)가 형성되는 부분이며, 나머지 트랜치(205)들은 도전성 패드(214)들이 형성되는 부분이다. 도면 상에서, 크기가 작은 트랜치(205)들은 상기 제 1 기판(200)의 테두리를 따라 복수 개 형성될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 중앙부의 트랜치(205)를 제외한 나머지 트랜치(205) 들 상에는 도전성 물질이 증착되고 패터닝 되어 도전성 패드(214)가 형성된다.
도 5를 참조하면, 상기 제 1 기판(200) 상에는 투명 재질의 제 2 기판(300)이 배치된다. 상기 제 2 기판(300)은 상기 제 1 기판(200)과 양극 접합 등의 방법을 통하여 견고하게 접합된다. 이로써, 상기 트랜치(205) 공간을 제외한 상기 제 1 기판(200)의 나머지 표면은 모두 상기 제 2 기판(300)과 밀착된다.
도 6을 참조하면, 상기 제 1 기판(200)의 하부 면은 화학 및 물리적 연마(CMP) 공정 등에 의하여 연마될 수 있다. 따라서 도 5에서의 상기 제 1 기판(200)의 두께(H1)는 감소된다(H2). 이와 같이, 본 발명에 따른 이미지 센서는 상기 제 1 기판(200)의 두께는 연마를 통하여 추가적으로 조절될 수 있다. 연마된 후의 하부 표면에는 다시 절연막(217)이 형성된다.
도 7을 참조하면, 중앙부의 트랜치(205)를 제외한 나머지 트랜치(205) 하부에는 비어홀(212)이 형성된다. 상기 비어홀(212)은 식각 공정을 통해서 형성될 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 비어홀(212)의 내부 측벽(213)은 외부로 노출되므로, 노출된 상기 내부 측벽(213)에는 절연막(217)이 형성된다.
도 9를 참조하면, 상기 비어홀(212) 내부에는 도전성 물질(218)이 충진된다. 상기 도전성 물질로는 구리 등이 사용될 수 있다. 상기 도전성 물질(218)은 상기 도전성 패드(214)와 전기적으로 연결된다.
도 10을 참조하면, 상기 중앙부의 트랜치(205)의 하부 면은 습식 식각 등의 방법으로 식각된다. 이로써, 상기 트랜치(205)가 형성되어 있는 부분에는 개구(220)가 생성된다. 상기 개구(220)는 외부 광 신호의 통로로서 기능하게 된다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상기 제 1 기판(200)의 하부에는 제 1 금속 패턴(31, 51)이 형성된다. 또한 상기 제 1 기판(200)과 결합되는 제 3 기판(100)은 상기 제 1 금속 패턴(31, 51)과 대응되도록 제 2 금속 패턴(32, 52)이 형성된다. 상기 제 3 기판(100)은 외부로부터 수용된 광 신호를 전기적 신호로 변환하는 반도체 층(미 도시)을 포함한다.
상기 제 3 기판(100)에는 개구(220)에 대응되는 표면에 광 신호 수용의 효율을 증가시키기 위하여 마이크로 렌즈 등의 광학 부재가 형성된다.
상기 제 1 기판(200) 및 제 3 기판(100)은 상기 제 1 금속 패턴(31, 51) 및 상기 제 2 금속 패턴(32, 52)에 열을 가하여 용융된 후 접합함으로써 결합된다. 상기 제 1 금속 패턴(51)과 상기 제 2 금속 패턴(52)은 테두리 형상으로 패터닝되어 있어 상기 제 1 금속 패턴(51) 및 제 2 금속 패턴(52)이 접합되면, 상기 제 1 기판(200) 및 제 3 기판(100) 사이에 형성된 내부 공간을 밀봉하는 밀봉부재(sealant)로서 기능 하게 된다. 상기 용융 과정은 200℃미만의 온도 하에서 이루어지므로, 열에 의한 반도체 층의 손상이 발생 되지 않는다. 또한, 금속을 이용하여 상기 제 1 기판(200) 및 제 3 기판(100)이 접합 되므로 에폭시 수지 등의 고분자 수지로 이루어진 실란트가 불필요하게 되고, 나아가 상기 고분자 수지의 경화 과정에서 발생될 수 있는 가스에 의한 이미지 센서의 성능 손상의 가능성을 차단할 수 있다.
상기 제 1 금속 패턴(31) 및 제 2 금속 패턴(32)은 상기 비어홀(212)에 대응하는 형상을 갖도록 패터닝 되고, 상기 제 1 금속 패턴(31) 및 제 2 금속 패턴(32)가 접합 됨으로써, 상기 제 3 기판에서 발생된 전기적 신호가 상기 제 1 금속 패턴(31) 및 제 2 금속 패턴(32)의 접합부를 통하여 상기 비어홀(212)로 전달된다.
도 13을 참조하면, 상기 제 3 기판(100)이 상기 제 1 기판(200)에 접합되면, 일 차적으로 'A' 방향으로 절단(dicing)되어 이미지 센서의 크기가 결정된다. 이 차적으로는 'B' 방향으로 상기 제 2 기판(300)이 절단되어 상기 도전성 패드(214)가 상부로 노출된다.
도 13에서 보는 바와 같이, 제 1 도전성 패턴(31) 및 제 2 도전성 패턴(32)이 접합 되어 제 1 금속 부재(30)가 형성되고, 제 1 도전성 패턴(51) 및 제 2 도전성 패턴(52)이 접합 되어 제 2 금속 부재(50)가 형성된다.
본 발명에 따른 이미지 센서는 유기 실란트를 배제하고, 금속 부재를 실란트로 채용함으로써 상기 이미지 센서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 미들 기판의 상부에 도전성 패드가 위치하고 상기 도전성 패드 상에 공간이 확보되어 있어 전기적 연결을 위한 별도의 두께가 필요하지 않아 박형화가 가능할 뿐만 아니라 상기 공간을 활용한 다양한 전기적 연결이 가능할 수 있다.
또한, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 저온 용융이 가능한 금속 부재를 사용하여 미들 기판과 반도체 기판이 결합 및 밀봉 되므로써, 유기 실란트의 경화에 따른 소자의 열 손상 및 경화 과정에서 발생 되는 가스의 영향을 원천적으로 차단할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (14)
- 외부 광 신호를 감지하고 상기 외부 광 신호를 전기적 신호로 변환시키기 위한 반도체 기판;상기 반도체 기판 상에 배치되고, 도전성 물질이 충진된 비어홀 및 상기 외부 광 신호가 상기 반도체 기판에 도달할 수 있도록 하는 개구가 형성되어 있는 미들 기판;상기 반도체 기판 및 미들 기판의 경계 면에 형성되고, 상기 반도체 기판 및 미들 기판을 결합시켜 상기 반도체 기판 및 미들 기판에 의하여 형성된 내부 공간을 밀봉시키는 제 1 금속 부재; 및상기 미들 기판 상에 결합 되어 상기 개구를 덮도록 배치되고, 투명 재질로 이루어진 상부 기판을 포함하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 도전성 물질은 구리(Cu)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 비어홀은 제 2 금속 부재에 의하여 상기 반도체 기판과 전기적으로 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 금속 부재는 각각 인듐(In) 및 금(Cu)으로 이 루어진 두 개의 금속 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 3 항에 있어서, 상기 제 2 금속 부재는 상기 제 1 금속 부재와 동일한 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 미들 기판에는 상기 개구를 사이에 두고 서로 이격되어 형성된 제 1 비어홀 및 제 2 비어홀이 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 상부 기판은 상기 비어홀이 형성된 상기 미들 기판의 일부 영역이 노출되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 미들 기판 상에는 상기 비어홀과 전기적으로 연결되어 있어 상기 전기적 신호를 외부로 전달하는 도전성 패드가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 개구에 대응하는 상기 반도체 기판 표면에는 외부 광 신호의 수용 효율을 향상시키기 위한 마이크로 렌즈가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 항에 있어서, 상기 미들 기판의 표면은 절연물질로 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제 1 기판 상에 적어도 하나의 트랜치를 형성하는 단계;상기 제 1 기판 상에 도전성 물질을 증착하고 패터닝하여 도전성 패드를 형성하는 단계;상기 트랜치를 덮도록 투명성 재질의 제 2 기판을 상기 제 1 기판 상에 결합시키는 단계;상기 도전성 패드에 대응하는 제 1 기판의 일부 영역을 식각하여 비어홀을 형성하는 단계;상기 비어홀 내부에 도전성 물질을 충진하여 상기 도전성 물질이 상기 도전성 패드와 접촉하도록 하는 단계;어느 하나의 상기 트랜치 하부를 식각하여 상기 제 1 기판에 개구를 형성하는 단계;상기 제 1 기판 하부의 테두리 영역을 따라 제 1 금속 패턴을 형성하는 단계;상기 제 1 금속 패턴과 마주보도록 형성된 제 2 금속 패턴을 포함하고 반도체 층이 구비된 제 3 기판을, 상기 제 1 금속 패턴 및 제 2 금속 패턴을 용융하여 접합시킴으로써 상기 제 1 기판과 결합시키는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서, 제 1 금속 패턴 및 제 2 금속 패턴은 200℃ 미만의 온도 하에서 용융되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 상기 제 11 항에 있어서, 상기 제 2 기판의 일부를 제거하여 상기 도전성 패드가 노출되도록 하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 11 항에 있어서, 상기 이미지 센서의 제조 방법은 상기 반도체 기판 표면에 외부 광 신호의 수용 효율을 증가시키기 위하여 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하고 상기 마이크로 렌즈는 상기 개구에 의하여 노출될 수 있는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060031472A KR100747610B1 (ko) | 2006-04-06 | 2006-04-06 | 이미지 센서 및 이의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060031472A KR100747610B1 (ko) | 2006-04-06 | 2006-04-06 | 이미지 센서 및 이의 제조 방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR100747610B1 true KR100747610B1 (ko) | 2007-08-08 |
Family
ID=38602336
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020060031472A KR100747610B1 (ko) | 2006-04-06 | 2006-04-06 | 이미지 센서 및 이의 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100747610B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040093361A (ko) * | 2003-04-28 | 2004-11-05 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | 고체 촬상 장치의 제조 방법 |
| KR20050110752A (ko) * | 2004-05-19 | 2005-11-23 | 엑스퀴지트 옵티칼 테크날러지 코오퍼레이션 리미티드 | 감지영역용 보호 패키지 구조를 갖는 영상센서 |
| KR20060017953A (ko) * | 2004-08-23 | 2006-02-28 | (주)아이셀론 | 초음파 접합을 이용한 이미지센서의 칩 스케일 패키지제조방법 |
| JP2006080297A (ja) | 2004-09-09 | 2006-03-23 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像装置及びその製造方法 |
-
2006
- 2006-04-06 KR KR1020060031472A patent/KR100747610B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040093361A (ko) * | 2003-04-28 | 2004-11-05 | 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 | 고체 촬상 장치의 제조 방법 |
| KR20050110752A (ko) * | 2004-05-19 | 2005-11-23 | 엑스퀴지트 옵티칼 테크날러지 코오퍼레이션 리미티드 | 감지영역용 보호 패키지 구조를 갖는 영상센서 |
| KR20060017953A (ko) * | 2004-08-23 | 2006-02-28 | (주)아이셀론 | 초음파 접합을 이용한 이미지센서의 칩 스케일 패키지제조방법 |
| JP2006080297A (ja) | 2004-09-09 | 2006-03-23 | Fuji Photo Film Co Ltd | 固体撮像装置及びその製造方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7981727B2 (en) | Electronic device wafer level scale packages and fabrication methods thereof | |
| CN101312200B (zh) | 影像感测装置及其制造方法 | |
| US7180149B2 (en) | Semiconductor package with through-hole | |
| US7303400B2 (en) | Package of a semiconductor device with a flexible wiring substrate and method for the same | |
| US10109559B2 (en) | Electronic device package and fabrication method thereof | |
| KR100773843B1 (ko) | 반도체 장치 및 그 제조 방법 | |
| CN102856336B (zh) | 晶片封装体及其形成方法 | |
| US20040075761A1 (en) | Solid-state imaging device and method of manufacturing the same | |
| US7189962B2 (en) | Semiconductor relay apparatus and wiring board fabrication method | |
| US8194162B2 (en) | Imaging device | |
| US20090050995A1 (en) | Electronic device wafer level scale packges and fabrication methods thereof | |
| CN111199984B (zh) | 摄像组件及其封装方法、镜头模组、电子设备 | |
| JP2012094882A (ja) | ウェハーレベルのイメージセンサモジュールの製造方法 | |
| KR100795922B1 (ko) | 이미지 픽업 소자 및 이미지 픽업 소자의 제조방법 | |
| CN110610953B (zh) | 一种相机感测组件及其制造方法 | |
| US20090014827A1 (en) | Image sensor module at wafer level, method of manufacturing the same, and camera module | |
| JP2004179495A (ja) | 半導体装置 | |
| CN101950729B (zh) | 电子元件的晶圆级封装及其制造方法 | |
| WO2008143461A2 (en) | Wafer level chip scale package of an image sensor by means of through hole interconnection and method for manufacturing the same | |
| KR100692977B1 (ko) | 이미지 센서 및 그 제조방법 | |
| KR100747610B1 (ko) | 이미지 센서 및 이의 제조 방법 | |
| CN101383299B (zh) | 电子元件的晶圆级封装及其制造方法 | |
| CN111211140B (zh) | 一种固态图像拾取装置及其制造方法 | |
| CN101383300B (zh) | 电子元件的晶圆级封装及其制造方法 | |
| KR100634419B1 (ko) | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |