KR101143938B1 - 이미지센서 모듈, 이를 포함하는 영상 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 구조가 단순화되고 제조가 용이한 이미지센서 모듈 및 그 제조방법을 제공한다. 센서칩은 서로 반대되는 제1면 및 제2면을 갖는 베이스기판, 및 상기 베이스기판의 제1면 상의 센서어레이를 포함하도록 제공된다. 캐리어 모듈은 상기 베이스기판의 제1면 상에서 상기 센서칩과 결합되고, 그 내부를 관통하는 관통비아전극을 통해서 상기 센서칩과 전기적으로 연결된다.

Description

이미지센서 모듈, 이를 포함하는 영상 장치 및 그 제조방법{Image sensor module, imaging apparatus including the module and method for manufacturing the same}

본 발명은 이미지센서 모듈 및 영상 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 구조가 단순화되고 제조가 용이한 이미지센서 모듈, 이를 이용한 영상 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 이미지센서 모듈은 센서어레이에 입사한 광으로부터 데이터를 생성하여 사용자가 이미지에 대한 데이터를 획득할 수 있도록 한다. 그러나 종래의 이미지센서 모듈은 그 구조가 복잡하고 제조과정에서도 배선 등의 연결이 쉽지 않아, 결과적으로 수율이 저하되고 제조비용이 증가한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 구조가 단순화되고 제조가 용이한 이미지센서 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 형태에 따른 이미지센서 모듈이 제공된다. 센서칩은 서로 반대되는 제1면 및 제2면을 갖는 베이스기판, 및 상기 베이스기판의 제1면 상의 센서어레이를 포함하도록 제공된다. 캐리어 모듈은 상기 베이스기판의 제1면 상에서 상기 센서칩과 결합되고, 그 내부를 관통하는 관통비아전극을 통해서 상기 센서칩과 전기적으로 연결된다.

상기 이미지센서 모듈의 일 측면에 따르면, 상기 센서칩은 상기 베이스기판의 제2면 상의 집광부 및/또는 상기 집광부 상의 커버기판을 더 포함할 수 있다.

상기 이미지센서 모듈의 다른 측면에 따르면, 상기 센서칩은 상기 베이스기판의 제1면 상에 상기 센서어레이와 전기적으로 연결된 패드를 포함하고, 상기 관통비아전극은 상기 캐리어 모듈 내부의 관통비아홀을 통해서 상기 패드와 연결될 수 있다.

상기 이미지센서 모듈의 또 다른 측면에 따르면, 상기 관통비아홀의 상기 센서칩 상으로의 정사영 이미지가 상기 패드의 적어도 일부와 중첩될 수 있다.

상기 이미지센서 모듈의 또 다른 측면에 따르면, 상기 캐리어 모듈은 상기 센서칩 방향의 면 상에 배치되고 상기 관통비아홀에 대응하는 개구를 갖는 제1절연층을 더 포함하고, 상기 센서칩은 상기 베이스기판의 제1면 상의 제2절연층을 더 포함하고, 상기 패드는 상기 제2절연층 상에 또는 상기 제2절연층에 형성된 그루브에 배치될 수 있다.

상기 이미지센서 모듈의 또 다른 측면에 따르면, 상기 센서칩 및 상기 캐리어 모듈은 상기 제1절연층과 상기 제2절연층을 열적으로 접합하여 서로 결합될 수 있다.

본 발명의 일 형태에 따른 영상 장치는 전술한 이미지센서 모듈 중 적어도 하나를 포함하도록 제공될 수 있다.

본 발명의 일 형태에 따른 이미지센서 모듈 제조방법이 제공된다. 서로 반대되는 제1면 및 제2면을 갖는 베이스기판, 및 상기 베이스기판의 제1면 상의 센서어레이를 포함한 센서칩을 제공한다. 그 내부를 관통하는 관통비아홀을 갖는 캐리어 모듈을 상기 베이스기판의 제1면 상에서 상기 센서칩과 결합한다. 상기 관통비아홀을 통해서 상기 센서칩과 전기적으로 연결된 관통비아전극을 형성한다.

상기 제조방법의 일 측면에 따르면, 상기 센서칩은 상기 베이스기판의 제1면 상에 상기 센서어레이와 전기적으로 연결된 패드를 포함하고, 상기 관통비아전극은 상기 관통비아홀을 통해서 상기 패드와 연결되도록 형성할 수 있다.

상기 제조방법의 다른 측면에 따르면, 상기 결합하는 단계는, 상기 관통비아홀을 통해서 상기 캐리어 모듈과 상기 센서칩을 정렬하여 수행할 수 있다.

상기 제조방법의 또 다른 측면에 따르면, 상기 캐리어 모듈은상기 센서칩 방향의 면 상에 배치되고 상기 관통비아홀에 대응하는 개구를 갖는 제1절연층을 포함하여 제공하고, 상기 센서칩은 상기 베이스기판의 제1면 상의 제2절연층을 포함하여 제공하고, 상기 패드는 상기 제2절연층 상에 또는 상기 제2절연층에 형성된 그루브에 배치될 수 있다.

상기 제조방법의 또 다른 측면에 따르면, 상기 결합하는 단계는 상기 제1절연층과 상기 제2절연층을 열적으로 접합하여 수행할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 이미지센서 모듈 및 그 제조방법에 따르면, 구조가 단순화되고 제조가 용이한 이미지센서 모듈 및 그 제조방법을 구현할 수 있다.

도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지센서 모듈 제조방법에서의 제조공정을 개략적으로 도시하는 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이미지센서 모듈을 개략적으로 도시하는 단면도이다.
도 10은 센서어레이에 포함된 일 센서를 도시하는 회로도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이미지센서 모듈을 개략적으로 도시하는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.

도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지센서 모듈 제조공정을 개략적으로 도시하는 단면도들이다.

본 실시예에 따른 이미지센서 모듈 제조방법에 따르면, 먼저 도 4에 도시된 것과 같이, 센서칩(1) 상부에 캐리어 모듈(2)을 배치시킨다. 센서칩(1)은 베이스기판(10)을 포함할 수 있다. 베이스기판(10)은 서로 반대되는 제1면 및 제2면을 포함할 수 있다. 입사광으로부터 데이터를 생성하는 센서어레이(11) 및 센서어레이(11)와 전기적으로 연결된 패드(13)는 베이스기판(10)의 제1면 상에 배치될 수 있다. 이 경우, 베이스기판(10)의 제1면은 활성소자가 형성되는 활성면이 되고, 정면으로 불릴 수도 있다. 베이스기판(10)의 제2면은 활성소자가 형성되지 않는 비활성면이 되고, 배면으로 불릴 수도 있다. 패드(13)는 센서어레이(11)에 전기적으로 연결될 수도 있는데, 이 경우 패드(13)는 센서어레이(11)와 외부 장치 사이의 데이터 입출력 경로가 될 수 있다. 패드(13)의 수는 센서칩(1)의 용량 및 용도에 따라서 적절하게 선택될 수 있다.

센서칩(1)의 제공에 앞서 센서칩(1)의 제조가 선행될 수 있음은 물론이다. 센서칩(1)의 베이스기판(10)은 반도체 웨이퍼로 제조될 수 있다. 이 경우 베이스기판(10)은 IV족 반도체 웨이퍼 또는 III-V족 화합물 반도체 웨이퍼를 포함할 수 있다. 베이스기판(10)은 처음부터 최종 이미지센서 모듈에 적합한 두께일 수도 있고, 핸들링을 위해 그보다 두꺼운 두께이되 이후 단계에서 적절한 두께로 식각(연마)될 수도 있다. 예를 들어, 이 실시예에서, 센서칩(1)은 베이스기판(10)의 제2면, 즉 배면으로부터 빛을 수신하도록, 제2면으로부터 센서어레이(11)까지의 두께를 적절하게 조절할 수 있다. 예를 들어, 베이스기판(10)의 두께는 가시광선 또는 적외선을 제2면으로부터 센서어레이(11)에 전달할 수 있도록 적절한 두께를 가질 수 있다.

패드(13)는 베이스기판(10)의 제1면 상의 제2절연층(15)을 통한 다층 배선(미도시)을 통해서 센서어레이(11)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제2절연층(15)은 하나 또는 다수의 절연층의 적층 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2절연층(15)은 층간절연층 및 패시베이션층을 포함하는 넓은 의미로 이해될 수 있다.

캐리어 모듈(2)은 도 4에 도시된 것과 같이 패드(13)에 부분적으로 또는 전체적으로 대응하는 관통비아홀(21)을 갖는다. 도 4에서는 두 개의 패드(13)들과 두 개의 관통비아홀(21)들을 도시하고 있으나, 패드(13)와 관통비아홀(21)의 개수는 가변할 수 있는 등 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 캐리어 모듈(2)은 내부에 메모리 소자, 로직 소자 등과 같은 능동 회로를 구성하는 회로 소자(circuit device)를 포함하지 않는다. 따라서 캐리어 모듈(2)은 회로 소자를 포함하는 반도체칩(semiconductor chip) 등과 구분된다.

물론 도 4에 도시된 것과 같이 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 배치시키기에 앞서, 도 1 내지 도 3에 도시된 것과 같이 캐리어 모듈(2)을 준비하는 과정을 거칠 수도 있다. 여기서 캐리어 모듈(2)이라 함은 기초가 되는 캐리어베이스(20)만을 의미할 수도 있고, 캐리어베이스(20)와 후술하는 제1절연층(23)을 포함하는 것을 의미하는 것일 수도 있다. 즉, 캐리어 모듈(2)은 제1절연층(23)을 구비하지 않고 캐리어베이스(20)를 구비할 수도 있고, 캐리어베이스(20)와 제1절연층(23)을 모두 구비할 수도 있다. 물론 캐리어 모듈(2)은 그 외의 추가적인 구성요소들을 구비할 수도 있다. 이는 후술하는 실시예들 및 그 변형예들에서도 마찬가지이다. 캐리어베이스(20)는 절연기판, 반도체 기판, 플렉서블 기판 등과 같은 다양한 물질로 된 것을 이용할 수 있는데, 예컨대 웨이퍼를 이용할 수도 있다. 이 경우 캐리어 모듈(2)을 센서칩(1) 제조장치 및 제조공정을 이용하여 제조할 수 있으며, 그 결과 캐리어 모듈(2) 제조비용을 획기적으로 저감할 수 있다. 예컨대, 캐리어베이스(20)는 IV족 반도체 웨이퍼 또는 III-V족 화합물 반도체 웨이퍼를 포함할 수 있다. 선택적으로, 캐리어베이스(20)는 반도체 웨이퍼의 뒷면을 소정 두께만큼 연마하여 제공될 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 설명하면, 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 배치시키기에 앞서, 도 1에 도시된 것과 같은 캐리어베이스(20)에 도 2에 도시된 것과 같이 관통비아홀(21)을 형성한다. 관통비아홀(21)은 센서칩(1)의 패드(13)에 대응할 수 있도록 형성한다. 관통비아홀(21)은 베이스기판(10)의 상호 대향된 두 면들에 수직일 수도 있고 기울어진 것일 수도 있다. 관통비아홀(21)은 그 식각 방법, 예컨대 레이저 식각, 건식 식각 또는 습식 식각 등에 따라서 다양한 형상을 가질 수 있다. 예컨대 관통비아홀(21)은 수직으로 일정한 직경을 갖도록 형성될 수 있다. 다른 예로, 관통비아홀(21)은 높이에 따라서 그 직경이 달라지는 테이퍼 형상을 가질 수도 있다.

그 후 도 3에 도시된 것과 같이 캐리어베이스(20)에 제1절연층(23)을 형성한다. 물론 전술한 것과 같은 캐리어 모듈(2)에 대해 가능한 다양한 정의에 따르면, 이는 캐리어 모듈(2)에 제1절연층(23)을 형성하는 것이라 할 수도 있다. 제1절연층(23)은 캐리어 모듈(2)의 센서칩(1)을 향할 면, 캐리어 모듈(2)의 센서칩(1) 반대 방향을 향할 면 및 캐리어 모듈(2)의 관통비아홀(21) 내면 상에 형성될 수 있다. 제1절연층(23)은 예컨대 열산화 공정 등을 통해 형성될 수 있다. 물론 그 외에도 화학기상증착(CVD: chemical vapor deposition)법을 이용하여 형성할 수도 있다. 제1절연층(23)은 산화층, 질화층 또는 그 적층구조를 포함할 수 있다. 예컨대 캐리어베이스(20)로 웨이퍼를 이용한다면 열산화 공정을 통해 형성된 제1절연층(23)은 실리콘옥사이드층이 될 수 있다.

물론 필요에 따라서는 도면에 도시된 것과는 달리 캐리어 모듈(2)의 센서칩(1)을 향할 면 상에 제1절연층을 형성하되, 제1절연층이 관통비아홀(21)에 대응하는 개구를 갖도록 형성한 후, 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 배치시킬 수도 있다. 즉, 필요에 따라서는 캐리어 모듈(2)의 센서칩(1)을 향할 면 외에는 제1절연층을 형성하지 않을 수도 있다.

센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 배치시킨 후, 도 5에 도시된 것과 같이 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 결합한다. 예를 들어, 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)은 열적 접합 공정을 이용하여 서로 결합될 수 있다. 보다 구체적으로, 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)은 제1절연층(23)과 제2절연층(15)을 열적으로 접합하여 서로 결합될 수 있다. 선택적으로, 센서칩(1)의 베이스기판(10)이 특정 두께가 되도록 식각 등의 공정을 거쳐 도 6에 도시된 것과 같이 센서어레이(11)에서 베이스기판(10)의 센서어레이(11) 반대 방향의 면까지의 거리가 사전설정된 거리가 되도록 할 수 있다. 두께는 센서어레이(11)에서 센싱하는 광의 파장에 따라 결정될 수 있는데, 예컨대 센서어레이(11)에서 베이스기판(10)의 센서어레이(11) 반대 방향의 면까지의 거리를 대략 5㎛가 되도록 함으로써 가시광선 영역의 광이 센서어레이(11)에 충분히 도달할 수 있도록 할 수도 있고, 30㎛가 되도록 함으로써 적외선 영역의 광이 센서어레이(11)에 충분히 도달할 수 있도록 할 수도 있다.

물론 베이스기판(10)의 식각은 이 단계가 아닌 이후의 다른 단계를 거친 후 이루어질 수도 있는 등 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 예컨대 후술하는 것과 같이 관통비아전극(25)을 형성한 후 베이스기판(10)을 식각할 수도 있고, 관통비아전극(25) 외의 다른 구성요소들을 형성한 후에 식각할 수도 있는 등 다양한 변형이 가능함은 물론이다.

센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 접합한 후, 도 7에 도시된 것과 같이 관통비아홀(21)에 관통비아전극(25)을 형성하여, 관통비아홀(21)을 통해 관통비아전극(25)이 패드(13)와 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 관통비아전극(25)은 도전성 물질로 형성할 수 있는데, 관통비아전극(25)은 알루미늄 또는 구리 등을 포함할 수 있다. 필요에 따라 도 8에 도시된 것과 같이 관통비아전극(25)에 전기적으로 연결되는 범프(27)를 형성할 수도 있다. 센서어레이(11)에서 생성된 데이터는 관통비아전극(25) 및/또는 범프(27)를 통해 외부로 전달될 수 있다. 경우에 따라서는 관통비아전극(25)도 캐리어 모듈(2)의 구성요소라고 할 수도 있다. 범프(27)는 예컨대 솔더(solder) 물질을 포함할 수 있고, 솔더 범프 또는 솔더 볼로 불릴 수도 있다.

도면에서는 관통비아전극(25)이 일체(一體)로 되어 있는 것으로 도시하고 있으나 이는 도시의 편의를 위해 그와 같이 도시한 것일 뿐, 실제로는 복수개의 구성요소들을 포함하는 것일 수도 있다. 관통비아전극(25)은, 관통비아홀(21)을 채우되 캐리어베이스(20) 외측으로 돌출되지 않은 부분에만 존재하는 관통비아전극본체와, 캐리어베이스(20) 외측으로 돌출된 관통비아전극범프를 포함하는 것일 수도 있다. 이 경우, 관통비아전극본체와 관통비아전극범프는 동시에 형성될 수도 있고 이와 달리 순차로 형성될 수도 있다. 나아가, 관통비아전극본체와 관통비아전극범프 사이에는 예컨대 티타늄(Ti), 코발트(Co), 탄탈륨(Ta), TiN 및 TaN에서 선택된 하나 또는 둘 이상의 적층 구조를 갖는 배리어층 등과 같은 별도의 도전층이 개재될 수도 있는 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 경우에 따라서는 관통비아전극범프가 존재하지 않고 관통비아전극본체만을 갖는 관통비아전극을 상정할 수도 있다.

나아가 관통비아전극(25)과 제1절연층(23) 사이에는 관통비아전극(25)이 포함하는 금속물질이 캐리어베이스(20)로 확산되는 것을 방지하기 위한 배리어층(미도시)이 존재할 수도 있다. 이러한 배리어층은 티타늄(Ti), 코발트(Co), 탄탈륨(Ta), TiN 또는 TaN을 포함할 수 있으며, 스퍼터(sputter)법 또는 화학기상증착(CVD)법을 이용하여 형성할 수 있다. 관통비아전극(25)은 스퍼터법 및/또는 도금(plating)법을 이용하여 형성할 수 있다. 예컨대 구리를 포함하는 관통비아전극(25)은 전형적으로 도금법을 이용하여 형성할 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따른 이미지센서 모듈 제조방법에 따르면, 이미지센서 모듈의 구성을 단순화할 수 있기에 수율을 획기적으로 높여 제조비용을 절감할 수 있으며, 아울러 제조된 이미지센서 모듈의 불량이나 오작동을 미연에 방지할 수 있다. 구체적으로 설명하면, 본 실시예에 따른 제조방법에 따라 제조된 이미지센서 모듈의 경우 센서어레이(11)에서 생성된 데이터가 관통비아전극(25) 및/또는 범프(27)를 통해 외부로 전달되는바, 데이터가 전달되는 경로 및/또는 구조가 단순화되어 제조가 용이하면서도 이미지센서 모듈의 불량이나 오작동을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 도 4에 도시된 것과 같이 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 배치시키고 도 5에 도시된 바와 같이 이들을 합착할 시, 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)의 정렬이 중요하다. 종래의 이미지센서 모듈 제조방법에서는 본 실시예에 따른 이미지센서 모듈 제조방법에서와 같이 관통비아홀(21)이나 관통비아전극(25)을 이용하지도 않았으며, 데이터를 외부로 추출하기 위해 패드에서 외부로 연결되는 복잡한 배선을 형성하는 공정 등에서 별도의 마킹 등을 센서칩이나 캐리어 모듈 등에 형성하고 고가의 적외선 카메라 등의 장비를 이용하여 해당 마킹을 감지함으로써 센서칩과 캐리어 모듈이 정확히 정렬되었는지 여부를 판단해야만 했다. 그러나 본 실시예에 따른 이미지센서 모듈 제조방법에 따르면, 데이터를 외부로 추출하기 위해 패드(13)에 전기적으로 연결되는 관통비아전극(25)을 이용하는바, 패드(13)에서 데이터를 외부로 추출하는 경로의 구성이 단순화됨은 물론, 관통비아전극(25)을 형성하기에 앞서 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 정렬할 시 관통비아홀(21)을 통해 패드(13)가 관찰되는지 여부만을 판단하기만 하면 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)의 정확한 정렬여부를 효과적으로 확인할 수 있게 된다.

도 4에 도시된 것과 같이 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 배치시키고 도 5에 도시된 바와 같이 이들을 결합할 시, 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)의 정렬은, 관통비아홀(21)의 센서칩(1) 상으로의 정사영 이미지가 패드(13)의 적어도 일부와 중첩되도록, 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 배치시키면 족하다. 전술한 바와 같이 센서어레이(11)에서 생성된 데이터는 패드(13)와 관통비아전극(25)을 거쳐 외부로 추출되는바, 관통비아홀(21)의 센서칩(1) 상으로의 정사영 이미지가 패드(13)의 적어도 일부와 중첩된다면, 관통비아홀(21)에 형성되는 관통비아전극(25)이 패드(13)의 적어도 일부와 전기적으로 연결되어, 센서어레이(11)에서 생성된 데이터가 패드(13)와 관통비아전극(25)을 거쳐 외부로 추출될 수 있기 때문이다.

한편, 도 4에 도시된 것과 같이 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 배치시키기에 앞서, 도 4에 도시된 것과 같은 센서칩(1)을 준비하는 과정을 거칠 수도 있다. 여기서 센서칩(1)이라 함은 센서어레이(11)와 패드(13)를 포함하는 것으로, 센서어레이(11)가 형성된 베이스기판(10)을 포함하는 것일 수도 있고, 제2절연층(15)까지 포함하는 것을 의미하는 것일 수도 있다. 센서칩(1)은 그 외의 추가적인 구성요소들을 구비할 수도 있다. 이는 후술하는 실시예들 및 그 변형예들에서도 마찬가지이다.

도 4를 참조하면, 베이스기판(10)에 센서어레이(11)를 형성하고, 베이스기판(10)의 캐리어 모듈(2)을 향할 면에 제2절연층(15)을 형성하며, 패드(13)를 제2절연층(15) 상에 또는 도 4 등에 도시된 것과 같이 제2절연층(15)에 형성된 그루브에 배치되도록 할 수 있다. 물론 전술한 것과 같은 센서칩(1)에 대해 가능한 다양한 정의에 따르면, 이는 센서칩(1)의 캐리어 모듈(2)을 향할 면에 제2절연층(15)을 형성하고, 패드(13)는 제2절연층(15) 상에 또는 도 4 등에 도시된 것과 같이 제2절연층(15)에 형성된 그루브에 배치되도록 하는 것이라 할 수도 있다. 물론 경우에 따라서는 제2절연층(15)을 형성하지 않고 패드(13)를 베이스기판(10) 상에 형성하거나, 패드(13)를 베이스기판(10) 내에 형성하거나 하는 등 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 제2절연층(15)은 증착 등을 통해 형성할 수 있는데, 예컨대, 산화층(oxide layer), 산화질화층(oxynitride layer) 또는 이들의 복합층일 수 있다.

한편, 도 5에 도시된 것과 같이 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 결합할 시, 접착제를 이용할 수도 있다. 이 경우에는 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2) 사이에 접착층(미도시)이 존재하게 된다. 이와 달리, 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 열적으로 접합(oxidation bonding)시킬 수도 있는데, 특히 센서칩(1)의 캐리어 모듈(2) 방향의 면에 제2절연층(15)이 존재하고 캐리어 모듈(2)의 센서칩(1) 방향의 면에 제1절연층(23)이 존재할 경우 열적 접합을 통해 제1절연층(23)과 제2절연층(15)이 상호 접합되도록 함으로써 접착제 없이도 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 접합할 수 있다. 이 경우 별도의 접착제 등을 필요로 하지 않으면서, 통상의 가열수단을 이용하여 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 접합할 수 있으므로, 이미지센서 모듈 제조비용을 절감할 수 있다. 열적 접합시의 가열 온도는 대략 300℃ 내지 400℃가 될 수 있다.

이와 같이 제조된 이미지센서 모듈은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이미지센서 모듈이라 할 수 있는 도 8에 도시된 것과 같은 구조를 가질 수 있다.

도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지센서 모듈은 센서칩(1) 및 캐리어 모듈(2)의 결합 구조를 갖는다. 센서칩(1)은 센서어레이(11)와 패드(13)를 포함하고, 캐리어 모듈(2)은 패드(13)에 부분적으로 또는 전체적으로 대응하는 관통비아홀(21)을 가지며, 센서칩(1) 상부에 배치된다. 관통비아전극(25)은 관통비아홀(21)을 통해 패드(13)와 전기적으로 연결된다. 패드(13)는 센서어레이(11)에 전기적으로 연결되어, 센서어레이(11)에서 생성된 데이터의 전송 경로가 될 수 있다. 관통비아전극(25)은 캐리어 모듈(2)의 일부이거나 또는 캐리어 모듈(2)과 분리된 독립적인 구성이 될 수도 있다.

이와 같은 본 실시예에 따른 이미지센서 모듈은 종래의 이미지센서 모듈에 비해 구성이 단순하기에 제조과정에서의 수율을 획기적으로 높여 제조비용을 절감할 수 있으며, 아울러 이미지센서 모듈의 불량률이나 오작동 가능성을 획기적으로 낮출 수 있다. 구체적으로 설명하면, 본 실시예에 따른 센서어레이(11)에서 생성된 데이터가 관통비아전극(25) 및/또는 범프(27)를 통해 외부로 전달되는 바 데이터가 전달되는 경로 및/또는 구조가 단순화되어 제조가 용이하면서도 이미지센서 모듈의 불량률이나 오작동 가능성을 획기적으로 저감할 수 있다.

또한 전술한 실시예서 설명한 것과 같이, 본 실시예에 따른 이미지센서 모듈은, 종래와 달리 그 제조과정이 단순화될 수 있다. 예컨대 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)의 정렬 시에도 캐리어 모듈(2)의 관통비아홀(21)과 센서칩(1)의 패드(13) 사이의 위치관계를 통해 용이하고 효과적으로 정렬할 수 있다.

그리고 본 실시예에 따른 이미지센서 모듈의 경우, 관통비아홀(21)의 센서칩(1) 상으로의 정사영 이미지가 패드(13)의 적어도 일부와 중첩될 수 있다. 센서어레이(11)에서 생성된 데이터는 패드(13)와 관통비아전극(25)을 거쳐 외부로 추출되는바, 관통비아홀(21)의 센서칩(1) 상으로의 정사영 이미지가 패드(13)의 적어도 일부와 중첩된다면, 관통비아홀(21)에 형성되는 관통비아전극(25)이 패드(13)의 적어도 일부와 전기적으로 연결되어, 센서어레이(11)에서 생성된 데이터가 패드(13)와 관통비아전극(25)을 거쳐 외부로 추출될 수 있기 때문이다.

한편, 캐리어 모듈(2)의 센서칩(1) 방향의 면 상에 배치된 제1절연층(23)을 더 구비하되, 이 제1절연층(23)은 관통비아홀(21)에 대응하는 개구를 갖도록 할 수도 있다. 물론 도 8에 도시된 것과 같이 제1절연층(23)이 캐리어 모듈(2)의 센서칩(1) 방향의 면 외에도 캐리어 모듈(2)의 센서칩(1) 반대 방향의 면 및 캐리어 모듈(2)의 관통비아홀(21) 내면 상에도 배치되도록 할 수도 있다. 또한, 센서칩(1)의 캐리어 모듈(2) 방향에 배치된 제2절연층(15)을 더 구비하고, 패드(13)는 제2절연층(15) 상에 또는 제2절연층(15)에 형성된 그루브에 배치되도록 할 수도 있다.

센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)은 상호 접합된 구성이기에, 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2) 사이에는 접착층(미도시)이 존재할 수도 있다. 그러나 이와 달리, 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 열적 접합(oxidation bonding)시킬 수도 있는데, 특히 센서칩(1)의 캐리어 모듈(2) 방향의 면에 제2절연층(15)이 존재하고 캐리어 모듈(2)의 센서칩(1) 방향의 면에 제1절연층(23)이 존재할 경우 열적 접합을 통해 제1절연층(23)과 제2절연층(15)이 상호 접합되도록 함으로써 접착제 없이도 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 접합할 수 있다. 이 경우 별도의 접착제 등을 필요로 하지 않으면서, 통상의 가열수단을 이용하여 센서칩(1)과 캐리어 모듈(2)을 접합할 수 있으므로, 이미지센서 모듈 제조비용을 절감할 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이미지센서 모듈을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 구체적으로 설명하면, 도 8에 도시된 것과 같은 이미지센서 모듈의 센서어레이(11) 상에, 예컨대 베이스기판(10)의 제2면 상에, 집광부(36)가 배치될 수 있다. 집광부(36)는 광을 모아서 주는 역할을 할 수 있고, 예컨대 마이크렌즈들(37R, 37G, 37B)을 포함할 수 있다. 칼라필터들(35R, 35G, 35B)은 마이크렌즈들(37R, 37G, 37B)과 베이스기판(10) 사이에 배치될 수 있다. 커버기판(31)은 스페이서(33)를 이용해 집광부(36) 상에 집광부(36)로부터 이격되게 배치될 수 있다. 예를 들어, 커버기판(31)은 빛을 투과할 수 있는 글래스재나 플라스틱재 등으로 구성될 수 있다.

도 9의 이미지센서 모듈은 칼라필터들(35R, 35G, 35B)을 이용함으로써 센서어레이(11)에 입사한 가시광선으로부터 칼라이미지 데이터를 획득할 수 있는 이미지센서 모듈을 예시적으로 개시하는 것으로, 물론 이와 달리 센서어레이(11)에 적외선이 입사할 수 있도록 하여 적외선 이미지에 대한 데이터를 센서어레이(11)가 생성하도록 할 수도 있는 등 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 이 경우 칼라필터 등의 구성이 달라질 수 있음은 물론이다. 또한, 센서어레이(11)에서 베이스기판(10)의 센서어레이(11) 반대 방향의 면까지의 거리를 조절함으로써, 베이스기판(10)을 통과하여 센서어레이(11)에 도달하는 광을 선별할 수도 있다. 예컨대 센서어레이(11)에서 베이스기판(10)의 센서어레이(11) 반대 방향의 면까지의 거리를 대략 5㎛로 만듦으로써 가시광선 영역의 광이 센서어레이(11)에 충분히 도달할 수 있도록 할 수도 있고, 30㎛로 만듦으로써 적외선 영역의 광이 센서어레이(11)에 충분히 도달할 수 있도록 할 수도 있다.

도 10은 지금까지 설명한 실시예들 및 그 변형예들에서의 센서어레이(11)에 포함될 수 있는 일 센서를 도시하는 회로도이다. 도 10은 구체적으로 CMOS 센서를 도시하는 회로도로서, 포토다이오드(185), 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor, 188), 리셋 트랜지스터(reset transistor, 158), 드라이브 트랜지스터(drive transistor, 168) 및 선택 트랜지스터(selection transistor, 178)를 포함한다.

포토다이오드(185)는 광 에너지를 제공받고 그에 따라 전하를 생성한다. 트랜스퍼 트랜지스터(188)는 생성된 전하의 플로팅 노드(floating node, 190)로의 운송을 트랜스퍼 게이트 라인(TG)에 의해 제어할 수 있다. 리셋 트랜지스터(158)는 입력 전원(V_dd)을 리셋 게이트 라인(RS)에 의해 제어하여 플로팅 노드(190)의 전위를 리셋시킬 수 있다. 드라이브 트랜지스터(168)는 소스 팔로우어(source follower) 증폭기 역할을 수행할 수 있다. 선택 트랜지스터(178)는 선택 게이트 라인(SEL)에 의해 단위 화소를 선택할 수 있는 스위칭 소자이다.

리셋 트랜지스터(158)가 턴-온 되면 플로팅 노드(190)의 전위를 리셋시키며, 이후 트랜스퍼 게이트 라인(TG)이 턴-온 되면 포토다이오드(185)에서 생성된 전하량에 따라 플로팅 노드(190)의 전위가 달라진다. 플로팅 노드(190)의 전위가 달라지면 드라이브 트랜지스터(168)의 게이트전극과 소스전극 사이의 전위차가 발생하게 되며, 해당 전위차의 크기는 플로팅 노드(190)의 전위가 달라지는 정도, 즉 포토다이오드(185)에서 생성된 전하량에 따라 변하게 된다. 결국 포토다이오드(185)에서 생성된 전하량에 따라 드라이브 트랜지스터(168)의 소스전극과 드레인전극 사이의 전류량이 달라지며, 이에 따라 선택 트랜지스터(178)가 턴-온 되면 달라지는 해당 전류량이 출력이 되어 결국 포토다이오드(185)에서 생성된 전하량에 따른 출력이 이루어지게 된다.

물론 도 10에서는 센서어레이(11)의 일 구성요소로서 CMOS 센서가 이용된 경우를 도시하고 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, CCD 센서 등 다양한 센서를 이용할 수도 있음은 물론이다.

도 11은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 이미지센서 모듈을 개략적으로 도시하는 단면도이다. 도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지센서 모듈이 도 8을 참조하여 전술한 실시예에 따른 이미지센서 모듈과 상이한 점은 제1절연층(23)과 제2절연층(15)이 일체(一體)라는 점이다. 전술한 바와 같이 센서칩과 캐리어 모듈을 열적 접합할 수 있는데, 이 경우 제1절연층(23)과 제2절연층(15)이 일체가 되도록 할 수 있다. 특히 제1절연층(23)과 제2절연층(15)이 실리콘옥사이드 등과 같이 동일 성분으로 이루어진 경우에는, 도 11에 도시된 것과 같이 제1절연층(23)과 제2절연층(15) 사이에 경계가 존재하지 않도록 함으로써, 센서칩과 캐리어 모듈 사이의 접합 정도를 더욱 높여 이미지센서 모듈의 내구성을 획기적으로 높일 수 있다.

한편, 제1절연층(23)과 제2절연층(15)이 상호 상이한 물질로 형성되거나, 동일한 물질로 형성되더라도 밀도 등이 상이하거나 한 경우에는 센서칩(1)과 캐리어모듈(2)을 열적 접합하더라도 제1절연층(23)과 제2절연층(15) 사이에 경계가 존재할 수도 있음은 물론이다. 예컨대 제1절연층(23)을 열산화 공정을 통해 형성하고 제2절연층(15)을 증착 공정을 통해 형성할 경우에는 동일물질이라 하더라도 그 밀도 등이 상이할 수 있다.

도 1 내지 도 8을 참조하여 전술한 이미지센서 모듈 제조방법과 상이한 또 다른 실시예에 따른 이미지센서 모듈 제조방법으로써, 도 11에 도시된 것과 같은 최종 구성요소가 되도록 하기 위하여, 도 4에 도시된 것과 같이 센서칩(1)과 캐리어모듈(2)을 배치시킨 후 이들을 접촉시키고 열적 접합하여, 도 11에 도시된 것과 같이 제1절연층(23)과 제2절연층(15)을 일체(一體)로 만들 수도 있다. 특히 제1절연층(23)과 제2절연층(15)이 동일 성분으로 이루어진 경우에는, 도 11에 도시된 것과 같이 제1절연층(23)과 제2절연층(15) 사이에 경계가 존재하지 않도록 함으로써, 센서칩과 캐리어 모듈 사이의 접합 정도를 더욱 높여 이미지센서 모듈의 내구성을 획기적으로 높일 수 있다.

전술한 본 발명의 실시예들에 따른 이미지센서 모듈은 다양한 분야의 영상 장치에 이용될 수 있다. 예를 들어, 영상 장치는 휴대폰 등과 같은 이동통신 제품의 카메라 모듈로 이용될 수 있다. 다른 예로, 영상 장치는 컴퓨터 등과 같은 가전제품의 카메라 모듈로 이용될 수 있다. 또 다른 예로, 영상 장치는 적외선을 이용한 야간 촬영용 카메라 모듈로 이용될 수 있고, 예컨대 이러한 영상 장치는 자동차 등에 탑재될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1: 센서칩 2: 캐리어 모듈
10: 베이스기판 11: 센서어레이
13: 패드 15: 제2절연층
20: 캐리어베이스 21: 관통비아홀
23: 제1절연층 25: 관통비아전극
27: 범프 31: 커버기판
33: 스페이서 35R, 35G, 35B: 칼라필터
36: 집광부 37R, 37G, 37B: 마이크로렌즈

Claims (11)

1. 서로 반대되는 제1면 및 제2면을 갖는 베이스기판, 및 상기 베이스기판의 상기 제1면 상에 배치되고 상기 제2면을 통해 수신된 광을 센싱하는 센서어레이를 포함한 센서칩; 및
   상기 베이스기판의 상기 제1면 상에서 상기 센서칩과 결합된 캐리어 모듈; 및
   상기 베이스기판의 상기 제1면 상에서 상기 캐리어 모듈을 관통하도록 신장하여 상기 센서칩과 연결된 관통비아전극을 포함하는, 이미지센서 모듈.
2. 제1항에 있어서, 상기 센서칩은 상기 베이스기판의 상기 제2면 상의 집광부; 및
   상기 집광부 상의 커버기판을 더 포함하는, 이미지센서 모듈.
3. 제1항에 있어서, 상기 센서칩은 상기 베이스기판의 상기 제1면 상에 상기 센서어레이와 전기적으로 연결된 패드를 포함하고,
   상기 관통비아전극은 상기 캐리어 모듈 내부의 관통비아홀을 통해서 상기 패드와 직접 연결된 이미지센서 모듈.
4. 제3항에 있어서, 상기 캐리어 모듈은 상기 센서칩 방향의 면 상에 배치되고 상기 관통비아홀에 대응하는 개구를 갖는 제1절연층을 더 포함하고,
   상기 센서칩은 상기 베이스기판의 상기 제1면 상의 제2절연층을 더 포함하고,
   상기 패드는 상기 제2절연층 상에 또는 상기 제2절연층에 형성된 그루브에 배치된, 이미지센서 모듈.
5. 제4항에 있어서,
   상기 센서칩 및 상기 캐리어 모듈은 상기 제1절연층과 상기 제2절연층을 열적으로 접합하여 서로 결합되는, 이미지센서 모듈.
6. 서로 반대되는 제1면 및 제2면을 갖는 베이스기판, 및 상기 베이스기판의 상기 제1면 상에 배치되고 상기 제2면을 통해 수신된 광을 센싱하는 센서어레이를 포함한 센서칩을 제공하는 단계;
   그 내부를 관통하는 관통비아홀을 갖는 캐리어 모듈을 상기 베이스기판의 상기 제1면 상에서 상기 센서칩과 결합하는 단계; 및
   상기 관통비아홀을 통해서 상기 캐리어 모듈을 관통하여 신장하여 상기 베이스기판의 상기 제1면 상에서 상기 센서칩과 연결된 관통비아전극을 형성하는 단계를 포함하는, 이미지센서 모듈 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 센서칩은 상기 베이스기판의 상기 제1면 상에 상기 센서어레이와 전기적으로 연결된 패드를 포함하고,
   상기 관통비아전극은 상기 관통비아홀을 통해서 상기 패드와 연결되도록 형성하는, 이미지센서 모듈 제조방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 결합하는 단계는, 상기 관통비아홀의 상기 센서칩 상으로의 정사영 이미지가 상기 패드의 적어도 일부와 중첩되도록 상기 캐리어 모듈과 상기 센서칩을 정렬하여 수행하는, 이미지센서 모듈 제조방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 캐리어 모듈은 상기 센서칩 방향의 면 상에 배치되고 상기 관통비아홀에 대응하는 개구를 갖는 제1절연층을 더 포함하여 제공하고,
   상기 센서칩은 상기 베이스기판의 상기 제1면 상의 제2절연층을 포함하여 제공하고,
   상기 패드는 상기 제2절연층 상에 또는 상기 제2절연층에 형성된 그루브에 배치되는, 이미지센서 모듈 제조방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 결합하는 단계는 상기 제1절연층과 상기 제2절연층을 열적으로 접합하여 수행하는, 이미지센서 모듈 제조방법.
11. 제1항 내지 제5항의 어느 한 항에 따른 이미지센서 모듈을 포함하는 영상 장치.

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