KR101234340B1 - 이미지센서 모듈, 이를 포함하는 영상장치 및 이미지센서 모듈 제조방법 - Google Patents

이미지센서 모듈, 이를 포함하는 영상장치 및 이미지센서 모듈 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구조가 단순화되고 제조가 용이하면서도 제조비용이 낮아진 이미지센서 모듈, 이를 포함하는 영상장치 및 이미지센서 모듈 제조방법을 위하여, 상호 대향된 제1면 및 제2면을 가지며 센서어레이를 포함한 베이스층과 상기 베이스층의 제2면에 배치된 다공성층을 포함하는 센서칩과, 상기 베이스층의 제1면 쪽에서 상기 센서칩과 결합되고 내부를 관통하는 관통비아전극을 통해서 상기 센서칩과 전기적으로 연결된 캐리어모듈을 구비하는, 이미지센서 모듈, 이를 포함하는 영상장치 및 이미지센서 모듈 제조방법이 제공된다.

Description

이미지센서 모듈, 이를 포함하는 영상장치 및 이미지센서 모듈 제조방법{Image sensor module, imaging apparatus including the module and method for manufacturing the module}
본 발명은 이미지센서 모듈 및 영상장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 구조가 단순화되고 제조가 용이하면서도 제조비용이 낮아진 이미지센서 모듈, 이를 이용한 영상장치 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 제조공정이 복잡하고 효율적이지 못하며, 제조비용이 높다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 구조가 단순화되고 제조가 용이하면서도 제조비용이 낮아진 이미지센서 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 상호 대향된 제1면 및 제2면을 가지며 센서어레이를 포함한 베이스층과 상기 베이스층의 제2면에 배치된 다공성층을 포함하는 센서칩과, 상기 베이스층의 제1면 쪽에서 상기 센서칩과 결합되고 내부를 관통하는 관통비아전극을 통해서 상기 센서칩과 전기적으로 연결된 캐리어모듈을 구비하는, 이미지센서 모듈이 제공된다.
상기 베이스층은 에피택셜 실리콘층을 포함하고, 상기 다공성층은 다공성 폴리실리콘층을 포함할 수 있다.
이러한 본 발명의 다른 관점에 따르면, (i) 상호 대향된 제1면 및 제2면을 가지며 센서어레이를 포함한 베이스층과, 상기 베이스층의 제2면에 배치된 다공성층과, 상기 다공성층의 상기 베이스층 반대쪽에 배치되어 상기 다공성층이 개재되도록 하는 지지층을 포함하는, 프리센서칩을 제공하는 단계와, (ii) 상기 지지층을 상기 다공성층으로부터 분리하는 단계를 포함하는, 이미지센서 모듈 제조방법이 제공된다.
내부를 관통하는 관통비아전극을 갖는 캐리어모듈을 상기 베이스층의 제1면 쪽에서 상기 프리센서칩과 결합하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 결합하는 단계 이후 상기 분리하는 단계를 수행할 수 있다.
내부를 관통하는 관통비아홀을 갖는 캐리어모듈을 상기 베이스층의 제1면 쪽에서 상기 프리센서칩과 결합하는 단계와, 상기 관통비아홀을 통해서 상기 프리센서칩과 전기적으로 연결된 관통비아전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 결합하는 단계 및 상기 관통비아전극을 형성하는 단계 이후 상기 분리하는 단계를 수행할 수 있다.
상기 지지층을 상기 다공성층으로부터 분리하는 단계는, 상기 지지층의 열팽창계수와 상기 다공성층의 열팽창계수가 상이함을 이용하여 열적으로 분리함으로써 수행하는 것일 수 있다.
상기 지지층이 분리됨에 따라 상기 다공성층의 노출된 면을 레이저어닐링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 베이스층은 에피택셜 실리콘층을 포함하고, 상기 다공성층은 다공성 폴리실리콘층을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상기와 같은 이미지센서 모듈을 포함하는 영상장치가 제공된다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 구조가 단순화되고 제조가 용이하면서도 제조비용이 낮아진 이미지센서 모듈, 이를 이용한 영상장치 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지센서 모듈 제조방법을 개략적으로 도시하는 단면도들이다.
도 8은 센서어레이에 포함된 일 센서를 도시하는 회로도이다.
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 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지센서 모듈 제조방법을 개략적으로 도시하는 단면도들이다.
먼저 도 1에 도시된 것과 같이 프리센서칩(1')을 준비한다. 프리센서칩(1')은 향후 센서칩(1)이 될 구성요소이다. 프리센서칩(1')은 베이스층(10), 다공성층(17) 및 지지층(19)을 구비한다.
베이스층(10)은 에피택셜 실리콘층을 포함할 수 있다. 이 경우 베이스층(10)은 IV족 반도체 웨이퍼 또는 III-V족 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 베이스층(10)은 상호 대향된 제1면과 제2면을 가지며, 또한 입사광으로부터 데이터를 생성할 수 있는 센서어레이(11)를 포함한다.
도면에서는 베이스층(10)의 향후 캐리어모듈(2, 도 2 참조)을 향할 면인 제1면에 센서어레이(11)가 형성된 것으로 도시하고 있으나 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스층(10) 내에 센서어레이(11)가 위치할 수도 있고 베이스층(10)의 다공성층(17)을 향한 면인 제2면에 센서어레이(11)가 형성될 수도 있는 등 다양한 변형이 가능함은 물론이다. 또한 베이스층(10) 역시 단층 또는 다층구조를 가질 수도 있다.
센서어레이(11)와 전기적으로 연결될 수 있는 패드(13) 역시 베이스층(10)에 형성될 수 있는데, 도면에서는 나아가 베이스층(10)의 캐리어모듈(2)을 향할 면인 제1면에 제1절연층(15)이 형성되고 이 제1절연층(15)의 캐리어모듈(2)을 향할 면에 형성된 그루브 내에 패드(13)가 위치한 것으로 도시하고 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. 제1절연층(15)은 하나 또는 다수의 절연층의 적층 구조를 포함할 수 있다. 예컨대 제1절연층(15)은 층간절연층 및 패시베이션층을 포함하는 넓은 의미로 이해될 수 있다.
다공성층(17)은 베이스층(10)의 캐리어모듈(2)을 향할 면인 제1면이 아닌 그 반대면인 제2면에 배치된다. 이러한 다공성층(17)은 예컨대 다공성 폴리실리콘층을 포함할 수 있다.
지지층(19)은 다공성층(17)의 베이스층(10) 반대쪽에 배치되어, 다공성층(17)이 베이스층(10)과 지지층(19) 사이에 개재되도록 한다. 지지층(19)은 벌크웨이퍼일 수 있다. 지지층(19)은 이미지센서 모듈의 제조공정 중의 핸들링을 용이하게 하기 위한 것이다. 즉, 이미지센서 모듈의 소형화 및 박형화됨에 따라 제조 공정 중 이를 핸들링하는 것이 용이하지 않은바, 충분한 크기의 지지층(19)을 이용함으로써 제조 공정 중 프리센서칩(1')의 핸들링 용이성을 높일 수 있다.
이러한 프리센서칩(1')은 지지층(19)이 될 벌크웨이퍼 상에 화학기상증착(CVD; chemical vapor deposition)으로 다공성층(17)이 될 다공성 폴리실리콘층을 형성하고, 폴리실리콘층 상에 저온화학기상증착(LPCVD; low temperature CVD)으로 베이스층(10)이 될 에피택셜 실리콘층을 형성하여 준비될 수 있다. 그리고 이 베이스층(10) 내에 센서어레이(11)를 형성하거나, 베이스층(10) 표면에 센서어레이(11)를 형성하거나, 베이스층(10) 상에 추가적인 층을 형성하면서 센서어레이(11)를 형성할 수도 있다.
그 후, 도 2에 도시된 것과 같이 캐리어모듈(2)을 프리센서칩(1')과 정렬하여 도 3에 도시된 것과 같이 캐리어모듈(2)과 프리센서칩(1')을 결합한다. 구체적으로, 베이스층(10)의 제1면 쪽에서 캐리어모듈(2)이 프리센서칩(1')과 결합되도록 한다. 물론 도면에 도시된 것과 같이 프리센서칩(1')이 베이스층(10)의 제1면 상에 제1절연층(15)을 갖는다면, 제1절연층(15) 상에서 캐리어모듈(2)이 프리센서칩(1')과 결합되도록 하는 등 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
캐리어모듈(2)은 내부를 관통하는 관통비아홀(21)을 갖는다. 관통비아홀(21)은 패드(13)에 부분적으로 또는 전체적으로 대응할 수 있다. 도면에서는 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. 캐리어모듈(2)은 내부에 메모리소자, 로직소자 등과 같은 능동회로를 구성하는 회로소자(circuit device)를 포함하지 않는다. 따라서 캐리어모듈(2)은 회로소자를 포함하는 반도체칩(semiconductor chip) 등과 구분된다.
이와 같이 프리센서칩(1')과 캐리어모듈(2)을 결합하기에 앞서 캐리어모듈(2)을 준비하는 과정을 거칠 수도 있다. 여기서 캐리어모듈(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, 캐리어모듈(2)은 제2절연층(23)을 구비하지 않고 캐리어베이스(20)를 구비할 수도 있고, 캐리어베이스(20)와 제2절연층(23)을 모두 구비할 수도 있다. 물론 캐리어모듈(2)은 그 외의 추가적인 구성요소들을 구비할 수도 있다.
캐리어베이스(20)는 절연기판, 반도체 기판, 플렉서블 기판 등과 같은 다양한 물질로 된 것을 이용할 수 있는데, 예컨대 웨이퍼를 이용할 수도 있다. 이 경우 캐리어모듈(2)을 프리센서칩(1') 제조장치 및 제조공정을 이용하여 제조할 수 있으며, 그 결과 캐리어모듈(2) 제조비용을 획기적으로 저감할 수 있다.
캐리어모듈(2)은 캐리어베이스(20)에 관통비아홀(21)을 형성한 후 제2절연층(23)을 형성한 것일 수 있다. 제2절연층(23)은 캐리어모듈(2)의 프리센서칩(1')을 향할 면, 캐리어모듈(2)의 프리센서칩(1') 반대 방향을 향할 면 및 캐리어모듈(2)의 관통비아홀(21) 내면 상에 형성될 수 있다. 제2절연층(23)은 예컨대 열산화 공정 등을 통해 형성될 수 있다. 물론 그 외에도 화학기상증착을 이용하여 형성할 수도 있다. 제2절연층(23)은 산화층, 질화층 또는 그 적층구조를 포함할 수 있다. 예컨대 캐리어베이스(20)로 웨이퍼를 이용한다면 열산화 공정을 통해 형성된 제2절연층(23)은 실리콘옥사이드층이 될 수 있다. 물론 필요에 따라서는 캐리어모듈(2)의 프리센서칩(1')을 향할 면 외에는 제2절연층을 형성하지 않을 수도 있다.
이와 같은 캐리어모듈(2)을 전술한 바와 같이 프리센서칩(1')과 정렬하여 도 3에 도시된 것과 같이 캐리어모듈(2)과 프리센서칩(1')을 결합할 시, 열적 접합 공정을 이용하여 결합시킬 수 있다. 구체적으로, 프리센서칩(1')과 캐리어모듈(2)은 제1절연층(15)과 제2절연층(23)을 열적으로 접합하여 서로 결합될 수 있다.
프리센서칩(1')과 캐리어모듈(2)의 결합에 따라, 도시된 것과 달리 제1절연층(15)과 제2절연층(23)이 일체(一體)가 될 수도 있다. 전술한 바와 같이 프리센서칩(1')과 캐리어모듈(2)을 열적 접합할 수 있는데, 이 경우 제1절연층(15)과 제2절연층(23)이 일체가 되도록 할 수 있다. 특히 제1절연층(15)과 제2절연층(23)이 실리콘옥사이드 등과 같이 동일 성분으로 이루어진 경우에는, 제1절연층(15)과 제2절연층(23) 사이에 경계가 존재하지 않도록 함으로써, 센서칩과 캐리어모듈 사이의 접합 정도를 더욱 높여 이미지센서 모듈의 내구성을 획기적으로 높일 수 있다.
한편, 제1절연층(15)과 제2절연층(23)이 상호 상이한 물질로 형성되거나, 동일한 물질로 형성되더라도 밀도 등이 상이하거나 한 경우에는 프리센서칩(1')과 캐리어모듈(2)을 열적 접합하더라도 제1절연층(15)과 제2절연층(23) 사이에 경계가 존재할 수도 있음은 물론이다. 예컨대 제1절연층(15)을 증착을 통해 형성하고 제2절연층(23)을 열산화 공정을 통해 형성할 경우에는 동일물질이라 하더라도 그 밀도 등이 상이할 수 있다.
프리센서칩(1')과 캐리어모듈(2)을 접합한 후, 도 4에 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 4에 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 캐리어모듈(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.
관통비아전극(25)을 형성한 후, 도 5에 도시된 것과 같이 지지층(19)을 다공성층(17)으로부터 분리한다. 이 분리는, 지지층(19)의 열팽창계수와 다공성층(17)의 열팽창계수가 상이함을 이용하여, 적절한 열을 인가함으로써 양자가 상호 분리되도록 할 수 있다. 물론 이와 달리 기계적으로 지지층(19)을 다공성층(17)으로부터 분리할 수도 있다. 지지층(19)이 제거된 베이스층(10)과 다공성층(17)을 센서칩(1)이라 할 수 있다. 물론 도시된 것과 같이 센서칩(1)은 제1절연층(15)까지 포함하는 것일 수 있다.
지지층(19)은 프리센서칩(1')의 핸들링 용이성을 위해 이용해 왔으나, 캐리어모듈(2)과 프리센서칩(1')이 결합된 상태에서는 지지층(19)이 없어도 그 핸들링이 용이하기에 지지층(19)을 분리시킨다. 물론 상술한 것과 달리 프리센서칩(1')과 캐리어모듈(2)을 결합하고 지지층(19)을 다공성층(17)으로 분리한 후 관통비아전극(25)을 형성할 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
지지층(19)을 분리한 후 도 6에 도시된 것과 같이, 지지층(19)이 분리됨에 따라 다공성층(17)의 노출된 면을 레이저어닐링한다. 이 레이저어닐링을 실시함에 따라 다공성층(17)의 베이스층(10)에 인접한 부분은 베이스층(10)과 같은 구조가 되어, 도 6과 도 7에서 도시된 것과 같이 베이스층(10)의 두께가 두꺼워지고 다공성층(17)의 두께가 얇아지는 결과가 된다. 즉, 베이스층(10)이 에피택셜 실리콘층이고 다공성층(17)이 다공성 폴리실리콘층인바, 레이저어닐링에 따라 다공성 폴리실리콘층의 에피택셜 실리콘층에 인접한 부분은 재결정화되어 에피택셜 실리콘화된다.
이미지센서 모듈이 완성되면 다공성층(17)의 외측면(17a)을 통해 광이 입사하여 센서어레이(11)로 진입하게 된다. 이때 광경로상에 다공성 폴리실리콘층과 같은 다공성층(17)이 위치할 경우 광손실이 발생할 수 있다. 따라서 도 6 및 도 7에 도시된 것과 같이 레이저어닐링을 실시하여 다공성 폴리실리콘층의 에피택셜 실리콘층을 향한 부분의 상당부분이 재결정화를 통해 에피택셜 실리콘화되도록 함으로써, 광경로상의 다공성 폴리실리콘층 통과 거리를 줄여 이미지센서 모듈의 성능을 획기적으로 높일 수 있다.
한편, 다공성층(17)은 다공성이라는 특성 때문에 그 외측면(17a)의 거칠기가 큰바, 레이저어닐링을 실시함에 따라 그 거칠기가 줄어들게 된다. 그러나 그 거칠기가 과도하게 줄어들게 되면 반사방지층(AR layer; anti-reflection layer)으로서 기능할 수 없게 된다. 따라서 다공성 폴리실리콘층인 다공성층(17)이 모두 에피택셜 실리콘화되지 않고, 레이저어닐링을 마친 후에도 도 7에 도시된 것과 같이 최종적으로 다공성층(17)이 남아 그 외측면(17a)이 반사방지층으로 기능할 수 있도록 할 수 있다. 이 경우 다공성층(17)의 외측면(17a)은 센서어레이(11)가 감지하는 광의 파장보다 작은 피치, 예컨대 400um 이내의 피치를 갖도록 할 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 이미지센서 모듈 제조방법에 따르면, 소형이면서도 박형인 이미지센서 모듈을 제조함에 있어서 지지층(19)을 이용하기에 그 핸들링 용이성을 획기적으로 높일 수 있다.
물론 두툼한 벌크실리콘층 상에 에피택셜 실리콘층을 형성하고 센서어레이를 형성하며 캐리어모듈을 결합한 후, 벌크실리콘층을 화학기계적연마(CMP; chemical mechanical polishing)를 이용한 식각(씨닝, thinning)을 통해 박형인 이미지센서 모듈을 제조하는 것을 고려할 수도 있다. 그러나 이 경우 벌크실리콘층을 식각할 시 식각 이후의 벌크실리콘층의 두께가 이미지센서 모듈 전면(全面)에 걸쳐 매우 일정하도록 제어하는 것이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
반면 본 실시예에 따른 제조방법의 경우 지지층(19) 상에 다공성층(17)을 화학기상증착으로 형성하며 추후 지지층(19)을 단순히 분리시키기만 하는바, 화학기상증착으로 형성되는 다공성층(17)은 그 두께를 매우 정밀하게 제어하여 형성되도록 할 수 있으므로 그와 같은 문제점이 발생하지 않게 된다.
한편 본 실시예에 따른 제조방법과 달리 벌크실리콘층-실리콘옥사이드층-에피택셜 실리콘층의 구조인 SOI(silicon on insulator)를 이용하여 추후 벌크실리콘층을 분리하는 것을 고려할 수도 있으나, SOI 자체가 매우 고가라는 문제점이 있다. 그러나 본 실시예에 따른 이미지센서 모듈 제조방법의 경우 이러한 고가의 SOI를 이용하지 않기에, 저렴하면서도 고품질의 이미지센서 모듈을 제조할 수 있다.
한편, 상술한 실시예에서는 관통비아홀(21)을 갖는 캐리어모듈(2)과 프리센서칩(1')을 결합한 후 관통비아홀(21)에 관통비아전극(25)을 형성하였는바, 물론 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 내부를 관통하는 관통비아홀(21)과 관통비아전극(25)을 갖는 캐리어모듈(2)을 준비한 후, 캐리어모듈(2)과 프리센서칩(1')을 결합할 수도 있다.
이와 같이 제조된 이미지센서 모듈은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 이미지센서 모듈이라 할 수 있는 도 7에 도시된 것과 같은 구조를 가질 수 있다. 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지센서 모듈은 센서칩(1)과 캐리어모듈(2)을 구비한다.
센서칩(1)은 상호 대향된 제1면 및 제2면을 가지며 센서어레이(11)를 포함한 베이스층(10)과, 이 베이스층(10)의 제2면에 배치된 다공성층(17)을 포함한다. 캐리어모듈(2)은 베이스층(10)의 제1면 쪽에서 센서칩(1)과 결합되고, 내부를 관통하는 관통비아전극(25)을 통해서 센서칩(1)과 전기적으로 연결된다. 여기서 베이스층(10)은 에피택셜 실리콘층을 포함하고, 다공성층(17)은 다공성 폴리실리콘층을 포함할 수 있다. 이와 같은 본 실시예에 따른 이미지센서 모듈의 각부의 구성요소들은 전술한 실시예에 따른 이미지센서 모듈 제조방법의 설명을 참조할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 센서칩(1)은 센서어레이(11)와 패드(13)를 포함하고, 캐리어모듈(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 캐리어모듈(2)의 일부이거나 또는 캐리어모듈(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.
한편, 도시된 것과 같이 캐리어모듈(2)의 센서칩(1) 방향의 면 상에 배치된 제2절연층(23)을 더 구비하되, 이 제2절연층(23)은 관통비아홀(21)에 대응하는 개구를 갖도록 할 수도 있다.
센서칩(1)과 캐리어모듈(2)은 상호 접합된 구성이기에, 센서칩(1)과 캐리어모듈(2) 사이에는 접착층(미도시)이 존재할 수도 있다. 그러나 이와 달리, 센서칩(1)과 캐리어모듈(2)을 열적 접합시킬 수도 있는데, 특히 센서칩(1)의 캐리어모듈(2) 방향의 면에 제1절연층(15)이 존재하고 캐리어모듈(2)의 센서칩(1) 방향의 면에 제2절연층(23)이 존재할 경우 열적 접합을 통해 제2절연층(23)과 제1절연층(15)이 상호 접합되도록 함으로써 접착제 없이도 센서칩(1)과 캐리어모듈(2)을 접합할 수 있다. 이 경우 별도의 접착제 등을 필요로 하지 않으면서, 통상의 가열수단을 이용하여 센서칩(1)과 캐리어모듈(2)을 접합할 수 있으므로, 이미지센서 모듈 제조비용을 절감할 수 있다.
도 8은 지금까지 설명한 실시예들 및 그 변형예들에서의 센서어레이(11)에 포함될 수 있는 일 센서를 도시하는 회로도이다. 도 8은 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(Vdd)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 8에서는 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.
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: 캐리어모듈
10: 베이스기판 11: 센서어레이
13: 패드 15: 제1절연층
20: 캐리어베이스 21: 관통비아홀
23: 제2절연층 25: 관통비아전극
27: 범프

Claims (11)

  1. 상면 및 하면을 가지며 센서어레이를 포함한 베이스층과, 상기 베이스층의 하면에 배치된 다공성층을 포함하는, 센서칩; 및
    상기 베이스층의 상면 쪽에서 상기 센서칩과 결합되고, 내부를 관통하는 관통비아전극을 통해서 상기 센서칩과 전기적으로 연결된 캐리어모듈;
    을 구비하는, 이미지센서 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스층은 에피택셜 실리콘층을 포함하고, 상기 다공성층은 다공성 폴리실리콘층을 포함하는, 이미지센서 모듈.
  3. 상면 및 하면을 가지며 센서어레이를 포함한 베이스층과, 상기 베이스층의 하면에 배치된 다공성층과, 상기 다공성층의 상기 베이스층 반대쪽에 배치되어 상기 다공성층이 개재되도록 하는 지지층을 포함하는, 프리센서칩을 제공하는 단계; 및
    상기 지지층을 상기 다공성층으로부터 분리하는 단계;
    를 포함하는, 이미지센서 모듈 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 지지층을 상기 다공성층으로부터 분리하기 전에, 내부를 관통하는 관통비아전극을 갖는 캐리어모듈을 상기 베이스층의 상면 쪽에서 상기 프리센서칩과 결합하는 단계를 더 포함하는, 이미지센서 모듈 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 결합하는 단계 이후 상기 분리하는 단계를 수행하는, 이미지센서 모듈 제조방법.
  6. 제3항에 있어서,
    내부를 관통하는 관통비아홀을 갖는 캐리어모듈을 상기 베이스층의 상면 쪽에서 상기 프리센서칩과 결합하는 단계; 및
    상기 관통비아홀을 통해서 상기 프리센서칩과 전기적으로 연결된 관통비아전극을 형성하는 단계;를 더 포함하는, 이미지센서 모듈 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 결합하는 단계 및 상기 관통비아전극을 형성하는 단계 이후 상기 분리하는 단계를 수행하는, 이미지센서 모듈 제조방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 지지층을 상기 다공성층으로부터 분리하는 단계는, 상기 지지층의 열팽창계수와 상기 다공성층의 열팽창계수가 상이함을 이용하여 열을 가해 열적으로 분리함으로써 수행하는, 이미지센서 모듈 제조방법.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 지지층이 분리됨에 따라 상기 다공성층의 노출된 면을 레이저어닐링하는 단계를 더 포함하는, 이미지센서 모듈 제조방법.
  10. 제3항에 있어서,
    상기 베이스층은 에피택셜 실리콘층을 포함하고, 상기 다공성층은 다공성 폴리실리콘층을 포함하는, 이미지센서 모듈 제조방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 따른 이미지센서 모듈을 포함하는 영상장치.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040033276A (ko) * 2002-10-11 2004-04-21 소니 가부시끼 가이샤 초박형 반도체 칩 제조 방법 및 장치와 초박형이면-조명식 고상 이미지 픽업 디바이스 제조 방법 및장치
KR20060003614A (ko) * 2004-07-07 2006-01-11 박태석 이미지 센서 패키지 및 그 제조방법
KR20100123673A (ko) * 2010-11-15 2010-11-24 주식회사 하이닉스반도체 이미지 센서 모듈
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Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040033276A (ko) * 2002-10-11 2004-04-21 소니 가부시끼 가이샤 초박형 반도체 칩 제조 방법 및 장치와 초박형이면-조명식 고상 이미지 픽업 디바이스 제조 방법 및장치
KR20060003614A (ko) * 2004-07-07 2006-01-11 박태석 이미지 센서 패키지 및 그 제조방법
KR20110117914A (ko) * 2010-04-22 2011-10-28 (주)윙스솔루션 이미지센서 모듈, 이를 포함하는 영상 장치 및 그 제조방법
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