KR102328149B1 - 커브드 이미지 센서, 그 제조방법 및 이를 구비한 전자장치 - Google Patents
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Abstract
커브드 이미지 센서를 제공한다. 실시예에 따른 커브드 이미지 센서는 복수의 광전변환소자를 포함하고 만곡된 제1면을 갖는 제1기판; 상기 제1면에 대향하는 제2면 상에서 상기 제1기판의 가장자리를 둘러싸고 적어도 하나 이상의 오픈부를 갖는 본딩패턴; 상기 본딩패턴에 의해 상기 제1기판에 접합된 제2기판; 및 상기 오픈부에 갭필되어 상기 제1기판, 상기 제2기판 및 상기 본딩패턴에 의해 형성된 공동을 밀봉하는 밀봉제를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 장치 제조 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 커브드 이미지 센서에 관한 것이다.
이미지 센서와 촬영 렌즈를 결합시킨 카메라 등의 촬영 장치에서는, 이미지 센서의 수광면측에 촬영 렌즈를 배치하여 구성된다. 이와 같은 촬영 장치에서는, 피사체를 촬영 렌즈로 결상시킬 때, 필드 곡률(field curvature)이라고 칭하여지는 렌즈 수차에 의해 촬영면의 중심부와 주변부에서 초점 위치의 어긋남이 발생하기 때문에 필드 곡률(렌즈 수차)의 보정이 반드시 필요하다.
이를 개선하기 위해, 촬영 렌즈의 상면 만곡에 대응하여 3차원으로 만곡시킨 만곡면을 형성하고, 이 만곡면을 이미지 센서의 촬영면(즉, 수광면)으로하여 광전변환소자를 배열하는 커브드 이미지 센서가 제안되었다.
본 발명의 실시예는 생산효율 향상된 커브드 이미지 센서, 그 제조방법 및 이를 구비한 전자장치를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따른 커브드 이미지 센서는 복수의 광전변환소자를 포함하고 만곡된 제1면을 갖는 제1기판; 상기 제1면에 대향하는 제2면 상에서 상기 제1기판의 가장자리를 둘러싸고 적어도 하나 이상의 오픈부를 갖는 본딩패턴; 상기 본딩패턴에 의해 상기 제1기판에 접합된 제2기판; 및 상기 오픈부에 갭필되어 상기 제1기판, 상기 제2기판 및 상기 본딩패턴에 의해 형성된 공동을 밀봉하는 밀봉제를 포함할 수 있다. 또한, 상기 공동에 갭필된 충진제를 더 포함할 수 있다.
상기 제1기판은 디바이스 웨이퍼를 포함할 수 있고, 상기 제2기판은 캐리어 웨이퍼를 포함할 수 있다. 상기 본딩패턴은 도넛형태를 가질 수 있다. 상기 본딩패턴의 외측벽은 상기 제1기판 및 제2기판의 측벽과 정렬될 수 있고, 상기 본딩패턴의 내측벽은 모든 모서리가 라운드진 사각형 이상의 다각형 형상을 가질 수 있다. 상기 본딩패턴은 절연물질을 포함할 수 있다. 상기 오픈부는 상기 제2기판의 표면과 평행한 방향으로 상기 본딩패턴을 관통하는 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 커브드 이미지 센서는 복수의 광전변환소자를 포함하고 만곡된 제1면을 갖는 제1기판; 상기 제1면에 대향하는 제2면 상에서 상기 제1기판의 가장자리를 둘러싸고 적어도 하나 이상의 오픈부를 갖는 본딩패턴; 상기 본딩패턴에 의해 상기 제1기판에 접합된 제2기판; 상기 제2기판 상에 형성되어 본딩패턴과 접하는 로직회로층; 상기 본딩패턴을 관통하여 상기 제1기판과 상기 로직회로층을 전기적으로 연결하는 복수의 커넥터; 및 상기 오픈부에 갭필되어 상기 제1기판, 상기 제2기판 및 상기 본딩패턴에 의해 형성된 공동을 밀봉하는 밀봉제를 포함할 수 있다. 또한, 상기 공동에 갭필된 충진제를 더 포함할 수 있다.
상기 제1기판은 디바이스 웨이퍼를 포함할 수 있고, 상기 제2기판은 캐리어 웨이퍼를 포함할 수 있다. 상기 본딩패턴은 도넛형태를 가질 수 있다. 상기 본딩패턴의 외측벽은 상기 제1기판 및 제2기판의 측벽과 정렬될 수 있고, 상기 본딩패턴의 내측벽은 모든 모서리가 라운드진 사각형 이상의 다각형 형상을 가질 수 있다. 상기 본딩패턴은 절연물질을 포함할 수 있다. 상기 오픈부는 상기 제2기판의 표면과 평행한 방향으로 상기 본딩패턴을 관통하는 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 커브드 이미지 센서 제조방법은 복수의 다이영역 및 복수의 상기 다이영역을 분리하는 스크라이브 레인을 갖는 디바이스 웨이퍼를 준비하는 단계; 각각의 상기 다이영역에 복수의 광전변환소자를 형성하는 단계; 상기 디바이스 웨이퍼 상에 각각의 상기 다이영역 가장자리를 둘러싸고 적어도 하나 이상의 오픈부를 갖는 본딩패턴을 형성하는 단계; 상기 본딩패턴을 통해 상기 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 본딩시켜 각각의 상기 다이영역에 공동을 형성하는 단계; 각각의 상기 다이영역을 분리하는 쏘잉공정을 진행하여 복수의 다이를 형성하는 단계; 및 상기 다이의 표면을 만곡시키는 단계를 포함할 수 있다.
각각의 상기 다이영역에서 상기 본딩패턴은 도넛형태를 갖도록 형성할 수 있다. 상기 본딩패턴을 형성하는 단계는, 상기 디바이스 웨이퍼 전면에 절연막을 형성하는 단계; 및 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 스크라이브 레인을 덮고, 각각의 상기 다이영역 가장자리를 덮으며, 적어도 하나 이상의 오픈부를 갖는 본딩패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 오픈부는 수평방향으로 상기 본딩패턴을 관통하는 형태를 갖도록 형성할 수 있다. 상기 쏘잉공정은 상기 다이의 측벽에 상기 오픈부가 노출되도록 진행할 수 있다. 상기 다이의 표면을 만곡시키는 단계는, 상기 공동 내 공기를 제거하는 단계; 및 상기 오픈부에 밀봉제를 갭필시켜 상기 공동을 밀폐시키는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 공동을 밀폐시키기 이전에 상기 공동에 충진제를 갭필시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전자장치는 광학 시스템; 상기 광학 시스템으로부터 광을 수신하는 커브드 이미지 센서; 상기 광학 시스템으로부터 상기 커브드 이미지 센서로 조사되는 광을 제어하는 셔터 유닛; 상기 셔터 유닛의 동작 및 상기 커브드 이미지 센서의 전송 동작을 제어하는 구동부; 및 상기 커브드 이미지 센서로부터 출력된 신호에 대해 신호 처리 동작을 수행하는 신호 처리부를 포함하고, 상기 커브드 이미지 센서는, 복수의 광전변환소자를 포함하고 만곡된 제1면을 갖는 제1기판; 상기 제1면에 대향하는 제2면 상에서 상기 제1기판의 가장자리를 둘러싸고 적어도 하나 이상의 오픈부를 갖는 본딩패턴; 상기 본딩패턴에 의해 상기 제1기판에 접합된 제2기판; 및 상기 오픈부에 갭필되어 상기 제1기판, 상기 제2기판 및 상기 본딩패턴에 의해 형성된 공동을 밀봉하는 밀봉제를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2기판 상에 형성되어 본딩패턴과 접하는 로직회로층; 및 상기 본딩패턴을 관통하여 상기 제1기판과 상기 로직회로층을 전기적으로 연결하는 복수의 커넥터를 더 포함할 수 있다. 또한. 상기 공동에 갭필된 충진제를 더 포함할 수 있다.
상술한 과제의 해결 수단을 바탕으로 하는 본 기술은 제1기판과 제2기판을 접합시키기 위한 본딩패턴을 이용하여 커브드 이미지 센서를 제공함으로써, 생산효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 패키징공정 이전에 웨이퍼 레벨에서 커브드 이미지 센서를 형성함에 따라 생산효율을 향상시킴과 동시에 커브드 이미지 센서를 포함한 패키지의 크기(특히, 높이/두께)를 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 커브드 이미지 센서의 구성을 간략히 도시한 도면이다.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 도시한 평면도.
도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 도 2a에 도시한 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도.
도 3a는 본 발명의 제2실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 도시한 평면도.
도 3b는 본 발명의 제2실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 도 2a에 도시한 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 커브드 이미지 센서의 제조방법을 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면.
도 2a는 본 발명의 제1실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 도시한 평면도.
도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 도 2a에 도시한 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도.
도 3a는 본 발명의 제2실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 도시한 평면도.
도 3b는 본 발명의 제2실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 도 2a에 도시한 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 커브드 이미지 센서의 제조방법을 도시한 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예들이 상세히 설명된다.
도면은 반드시 일정한 비율로 도시된 것이라 할 수 없으며, 몇몇 예시들에서, 실시예들의 특징을 명확히 보여주기 위하여 도면에 도시된 구조물 중 적어도 일부의 비례는 과장될 수도 있다. 도면 또는 상세한 설명에 둘 이상의 층을 갖는 다층 구조물이 개시된 경우, 도시된 것과 같은 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 특정 실시예를 반영할 뿐이어서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 층들의 상대적인 위치 관계나 배열 순서는 달라질 수도 있다. 또한, 다층 구조물의 도면 또는 상세한 설명은 특정 다층 구조물에 존재하는 모든 층들을 반영하지 않을 수도 있다(예를 들어, 도시된 두 개의 층 사이에 하나 이상의 추가 층이 존재할 수도 있다). 예컨대, 도면 또는 상세한 설명의 다층 구조물에서 제1층이 제2층 상에 있거나 또는 기판상에 있는 경우, 제1층이 제2층 상에 직접 형성되거나 또는 기판상에 직접 형성될 수 있음을 나타낼 뿐만 아니라, 하나 이상의 다른 층이 제1층과 제2층 사이 또는 제1층과 기판 사이에 존재하는 경우도 나타낼 수 있다.
후술하는 본 발명의 실시예들은 생산효율이 향상된 커브드 이미지 센서, 그 제조방법 및 이를 구비한 시스템을 제공한다. 참고로, 커브드 이미지 센서는 촬영 렌즈의 상면 만곡에 대응하여 3차원으로 만곡시킨 만곡면을 형성하고, 만곡면을 이미지 센서의 촬영면(즉, 수광면)으로하여 광전변환소자를 배열하는 구성을 갖는다. 이러한, 커브드 이미지 센서는 각각의 칩(또는 다이)에 대한 개별적인 패키징 공정시 만곡면이 형성되는 바, 생산효율이 매우 낮고, 소형화(특히, 높이/두께)가 어렵다는 단점이 있다.
본 발명의 실시예들을 설명하기에 앞서, 이미지 센서는 광학 이미지를 전기 신호로 변환하는 반도체 장치로서, CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서로 구분할 수 있다. CMOS 이미지 센서는 CCD 이미지 센서에 비해 구동 방식이 간편하고, 다양한 스캐닝(scanning) 방식을 채택할 수 있는 장점이 있다. 또한, 픽셀로부터 출력되는 신호를 처리하기 위한 회로를 CMOS 공정에 의해 하나의 칩(chip)으로 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하고, 제조 단가를 낮출 수 있으며, 적은 전력을 소모하는 장점도 있다. 따라서, 최근에는 CMOS 이미지 센서에 대한 연구 및 제품개발이 활발하게 이루어지고 있다. CMOS 이미지 센서는 전면 수광 타입(Front-side illumination type)과 후면 수광 타입(Back-side illumination type)으로 구분할 수 있다. 전면 수광 타입 대비 후면 수광 타입이 보다 우수한 동작 특성(예컨대, 감도)를 구현할 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 후면 수광 타입의 CMOS 이미지 센서를 예시하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 커브드 이미지 센서의 구성을 간략히 도시한 도면이다. 구체적으로, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 커브드 이미지 센서에 적용할 수 있는 이미지 센서의 구성을 간략히 도시한 평면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 이미지 센서는 광전변환소자를 포함하는 복수의 픽셀들이 2차원적으로 배열된 픽셀 어레이(2)를 포함할 수 있다. 픽셀 어레이(2)에 배열된 각 픽셀(1)에는 광전변환소자와 함께 복수의 트랜지스터 및 캐패시터 등으로 구성된 픽셀 회로(미도시)가 접속되어 있다. 또한, 복수의 광전변환소자는 픽셀 회로의 일부를 공유하고 있는 경우도 있다. 또한, 픽셀(1)에서 광전변환소자와 함께 배치되는 픽셀 회로는 광전변환소자가 마련된 표면과는 반대측의 표면에 마련될 수 있다.
본 실시예에 따른 커브드 이미지 센서에 따른 본딩패턴은 픽셀 어레이(2)의 가장자리를 둘러싸는 도넛형태를 가질 수 있다. 따라서, 제1기판, 제2기판 및 본딩패턴에 의해 정의되는 공동의 중심부는 픽셀 어레이(2)의 중심부와 서로 정렬될 수 있다(도 2b 및 도 3b 참조).
픽셀 어레이(2)의 주변에는 수직구동회로(3), 컬럼신호처리회로(4), 수평구동회로(5) 및 시스템 제어회로(6)를 포함한 주변회로가 배치될 수 있다. 주변회로는 픽셀 어레이(2)와 동일한 기판에 형성될 수 있다(도 2a 및 도 2b 참조). 또한, 주변회로는 픽셀 어레이(2)가 형성된 기판과 상이한 기판에 형성될 수도 있다. 이 경우, 픽셀 어레이(2)와 주변회로를 서로 연결하기 위한 수단 예컨대, 커넥터가 본딩패턴에 형성될 수 있다(도 3a 및 도 3b 참조).
수직구동회로(3)는 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 픽셀 어레이(2)에 배선된 픽셀 구동선(7)를 선택하고, 선택된 픽셀 구동선(7)에 픽셀을 구동하기 위한 펄스신호를 공급하여 픽셀 어레이(2)에 배열된 픽셀을 행(row) 단위로 구동한다. 즉, 수직구동회로(3)는 픽셀 어레이(2)에 배열된 각 픽셀를 행 단위로 순차적으로 수직 방향으로 선택 주사한다. 그리고, 픽셀 구동선(7)에 대해 수직으로 배선된 수직 신호선(8)을 통하여, 각 픽셀에서 수광량에 응하여 생성한 신호 전하에 의거한 픽셀 신호를 컬럼신호처리회로(4)에 공급한다.
컬럼신호처리회로(4)는 픽셀의 열(column)마다 배치되어 있고, 1행분의 픽셀로부터 출력되는 신호를 픽셀열 마다 노이즈 제거 등의 신호 처리를 행한다. 즉 컬럼신호처리회로(4)는 픽셀 고유의 고정 패턴 노이즈를 제거하기 위한 상관 이중 샘플링(CDS, Correlated Double sampling)이나, 신호 증폭, 아날로그/디지털 변환(ADC, Analog/Digital Conversion) 등의 신호 처리를 행한다.
수평구동회로(5)는 시프트 레지스터에 의해 구성되고, 수평 주사 펄스를 순차적으로 출력함에 의해, 컬럼신호처리회로(4)의 각각을 순번대로 선택하고, 컬럼신호처리회로(4)의 각각으로부터 픽셀 신호를 출력시킨다. 출력 회로는 컬럼신호처리회로(4)의 각각으로부터 순차적으로 공급되는 신호에 대해, 신호 처리를 행하여 출력한다. 예를 들면, 버퍼링만 하는 경우도 있고, 다크 레벨 조정, 열(row) 편차 보정, 각종 디지털 신호 처리 등이 행하여지는 경우도 있다.
시스템 제어회로(6)는 입력 클록과 동작 모드 등을 지령하는 데이터를 수취하고, 이미지 센서 내부 정보 등의 데이터를 출력한다. 즉, 시스템 제어회로(6)에서는 수직 동기 신호, 수평 동기 신호 및 마스터 클록에 의거하여 수직구동회로(3), 컬럼신호처리회로(4) 및 수평구동회로(5) 등의 동작에 기준이 되는 클록 신호나 제어 신호를 생성한다. 그리고, 이들의 신호를 수직구동회로(3), 컬럼신호처리회로(4) 및 수평구동회로(5) 등에 입력한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 제1실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 도시한 도면으로, 도 2a는 평면도이고, 도 2b는 도 2a에 도시된 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1실시예에 따른 커브드 이미지 센서는 복수의 광전변환소자를 포함하고 만곡된 제1면(S1)을 갖는 제1기판(100), 제1면(S1)에 대향하는 제1기판(100)의 제2면(S2) 상에서 제1기판(100)의 가장자리를 따라 형성되고 적어도 하나 이상의 오픈부(210)를 갖는 본딩패턴(200), 본딩패턴(200)에 의해 제1기판(100)과 결합된 제2기판(110), 오픈부(210)에 갭필되어 제1기판(100), 제2기판(110) 및 본딩패턴(200)에 의해 정의된 공동(230)을 밀봉하는 밀봉제(220)를 포함할 수 있다. 또한, 공동(230)을 갭필하는 충진제(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제1기판(100)은 디바이스 웨이퍼(device wafer)일 수 있고, 제2기판(110)은 캐리어 웨이퍼(carrier wafer) 또는 핸들 웨이퍼(handle wafer)일 수 있다. 즉, 제1기판(100)은 디바이스 웨이퍼에서 분리된 것일 수 있고, 제2기판(110)은 캐리어 웨이퍼에서 분리된 것일 수 있다. 그리고, 제1기판(100) 및 제2기판(110)은 웨이퍼 씨닝공정을 통해 박막화된 것일 수 있다. 제2기판(110)은 본딩패턴(200)과 더불어서 만곡된 광 입사면을 갖는 제1기판(100)을 지지하는 지지부재로 작용할 수 있다. 제1기판(100) 및 제2기판(110)은 반도체 기판을 포함할 수 있다. 반도체 기판은 단결정 상태(Single crystal state)일 수 있으며, 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 즉, 제1기판(100) 및 제2기판(110)은 단결정의 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 일례로, 제1기판(100) 및 제2기판(110)은 벌크 실리콘 기판일 수 있다.
실시예에 따른 이미지 센서가 후면 수광 타입인 경우에 제1기판(100)에서 만곡된 제1면(S1)은 광 입사면으로 제1기판(100)의 후면(Backside)일 수 있고, 제1면(S1)에 대향하는 제2면(S2)은 제1기판(100)의 전면(Frontside)일 수 있다. 여기서, 도면에 도시하지는 않았지만, 제1실시예에 따른 커브드 이미지 센서는 제1기판(100)은 전면 즉, 제2면(S2) 상에 형성되어 신호생성회로를 포함하는 층간절연막을 더 포함할 수 있다. 층간절연막은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막 또는 둘 이상의 다중막일 수 있다. 층간절연막 내부에 형성된 신호생성회로는 복수의 트랜지스터, 다층의 금속배선 및 이들을 상호 연결하는 복수의 콘택플러그를 포함할 수 있다. 여기서, 신호생성회로는 도 1에서 설명한 픽셀 회로, 주변회로를 포함할 수 있다. 또한, 제1기판(100)의 후면 즉, 제1면(S1) 상에는 각각의 광전변환소자에 대응하도록 형성된 컬러필터 및 컬러필터 상에 형성된 마이크로렌즈를 더 포함할 수 있다.
광전변환소자는 포토다이오드를 포함할 수 있다. 광전변환소자는 제1기판(100)에 형성된 것일 수 있다. 예컨대, 광전변환소자는 제1기판(100)에 형성되어 수직적으로 중첩되는 하나 이상의 광전변환부들을 포함할 수 있다. 광전변환부들 각각은 P형 불순물영역과 N형 불순물영역을 포함할 수 있다.
본딩패턴(200)은 디바이스 웨이퍼를 포함한 제1기판(100)과 캐리어 웨이퍼를 포함한 제2기판(110)을 본딩시키는 접착층으로 작용할 수 있다. 따라서, 본딩패턴(200)은 절연물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 본딩패턴(200)은 산화물, 질화물 및 산화질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상일 수 있다. 일례로, 제1기판(100) 및 제2기판(110)이 실리콘 함유 재료를 포함하는 경우에 본딩패턴(200)은 실리콘산화물을 포함할 수 있다.
또한, 본딩패턴(200)은 제1기판(100)이 만곡된 제1면(S1)을 갖도록 구부러질 수 있는 공간 즉, 공동(air cavity, 230)을 제공하는 역할도 수행한다. 여기서, 이미지 센서의 픽셀 어레이(도 1의 도면부호 '2' 참조) 중심부와 공동(230)의 중심부는 서로 정렬될 수 있다. 이를 위해, 본딩패턴(200)은 제1기판(100)의 가장자리를 둘러싸는 도넛형태를 가질 수 있다. 여기서, 본딩패턴(200)의 외측벽은 제1기판(100) 및 제2기판(110)의 측벽과 정렬되고, 본딩패턴(200)의 내측벽 즉, 공동(230)의 평면형상은 모든 모서리가 라운드진 사각형 이상의 다각형일 수 있다. 예컨대, 공동(230)의 평면형상은 원형 또는 타원형일 수 있다.
본딩패턴(200)은 제1기판(100)의 제2면(S2) 상에 형성된 것이거나, 또는 제2기판(110) 상에 형성된 것일 수 있다. 또한, 본딩패턴(200)은 제1기판(100) 및 제2기판(110) 상에 동시에 형성된 것일 수도 있다. 이때, 제1기판(100) 상에 형성된 본딩패턴(200)과 제2기판(110) 상에 형성된 본딩패턴(200)은 서로 동일한 형상을 갖거나, 또는 서로 상이한 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 제1기판(100) 및 제2기판(110) 상에 형성되는 본딩패턴(200)은 모두 도넛형태를 갖거나, 또는 제1기판(100) 상에 형성되는 본딩패턴(200)은 도넛형태를 갖고, 제2기판(110)상에 형성되는 본딩패턴(200)은 평판형태를 가질 수 있다.
본딩패턴(200)은 제2기판(110)의 표면과 평행한 방향 즉, 수평방향으로 연장되어 본딩패턴(200)을 관통하는 적어도 하나 이상의 오픈부(210)를 포함할 수 있다. 이때, 오픈부(210)는 만곡된 제1면(S1)을 갖는 제1기판(100)을 형성하기 위해 공동(230) 내 공기를 제거하거나, 또는 공기를 주입하는 용도로 사용할 수 있다. 또한, 오픈부(210)는 공동(230) 내 충진제를 주입하거나, 또는 충진제를 제거하는 용도로 사용할 수 있다.
오픈부(210)를 갭필하는 밀봉제(220)는 공동(230)을 밀폐하는 역할을 수행한다. 밀봉제(220)로 인해 공동(230)이 밀폐됨에 따라 제1기판(100)의 만곡 형상을 유지할 수 있다. 그리고, 충진제는 제1기판(100)과 제2기판(110) 사이의 접착력을 더욱더 향상시킴과 동시에 제1기판(100)의 만곡 형상을 보다 효과적으로 유지하는 역할을 수행한다. 밀봉제(220) 및 충진제는 공지된 다양한 물질을 적용할 수 있다.
상술한 제1실시예에 따른 커브드 이미지 센서는 제1기판(100)과 제2기판(110)을 접합시키는 본딩패턴(200)을 이용하여 만곡된 광 입사면을 제공함으로써, 생산효율을 현저하게 증진시킬 수 있다. 또한, 커브드 이미지 센서를 포함한 패키지의 소형화가 가능하다. 이는, 후술하는 커브드 이미지 센서의 제조방법(도 4a 내지 도 4e)을 통해 모다 명확해질 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 제2실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 도시한 도면으로, 도 3a는 평면도이고, 도 3b는 도 3a에 도시된 A-A'절취선을 따라 도시한 단면도이다. 여기서는, 제1실시예와 동일한 구성에 대하여 동일한 도면부호를 사용하며, 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 제2실시예에 따른 커브드 이미지 센서는 복수의 광전변환소자를 포함하고 만곡된 제1면(S1)을 갖는 제1기판(100), 제1면(S1)에 대향하는 제1기판(100)의 제2면(S2) 상에서 제1기판(100)의 가장자리를 따라 형성되고 적어도 하나의 오픈부(210)를 갖는 본딩패턴(200), 본딩패턴(200)에 의해 제1기판(100)과 결합된 제2기판(110), 제2기판(110) 상에 형성된 로직회로층(120), 본딩패턴(200)을 관통하여 광전변환소자를 포함한 제1기판(100)과 로직회로층(120)을 전기적으로 연결하는 복수의 커넥터(240), 오픈부(210)에 갭필되어 제1기판(100), 제2기판(110) 및 본딩패턴(200)에 의해 정의된 공동(230)을 밀봉하는 밀봉제(220)를 포함할 수 있다. 또한, 공동(230)을 갭필하는 충진제(미도시)를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따른 이미지 센서가 후면 수광 타입인 경우에 제1기판(100)에서 만곡된 제1면(S1)은 광 입사면으로 제1기판(100)의 후면(Backside)일 수 있고, 제1면(S1)에 대향하는 제2면(S2)은 제1기판(100)의 전면(Frontside)일 수 있다. 여기서, 도면에 도시하지는 않았지만, 제2실시예에 따른 커브드 이미지 센서는 제1기판(100)은 전면 즉, 제2면(S2) 상에 형성되어 신호생성회로를 포함하는 층간절연막을 더 포함할 수 있다. 층간절연막은 산화막, 질화막 및 산화질화막으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일막 또는 둘 이상의 다중막일 수 있다. 층간절연막 내부에 형성된 신호생성회로는 복수의 트랜지스터, 다층의 금속배선, 이들을 상호 연결하는 복수의 콘택플러그 및 커넥터와 접속되는 패드를 포함할 수 있다. 여기서, 신호생성회로는 도 1에서 설명한 픽셀 회로, 주변회로를 포함할 수 있다. 또한, 제1기판(100)의 후면 즉, 제1면(S1) 상에는 각각의 광전변환소자에 대응하도록 형성된 컬러필터 및 컬러필터 상에 형성된 마이크로렌즈를 더 포함할 수 있다.
제2기판(110) 상에 형성된 로직회로층(120)은 도 1에서 설명한 주변회로를 포함하거나, 또는 ISP(Image Signal Processing)를 포함한 이미지 프로세싱 회로를 포함할 수 있다. 로직회로층(120)은 상술한 신호생성회로와 마찬가지로, 복수의 트랜지스터, 다층의 금속배선, 이들을 상호 연결하는 복수의 콘택플러그 및 커넥터와 접속되는 패드를 포함할 수 있다. 아울러, 막내 이들이 형성된 층간절연막을 포함할 수 있다. 본딩패턴(200)은 로직회로층(120)에 접하는 형태를 가질 수 있다.
상술한 제2실시예에 따른 커브드 이미지 센서는 제1기판(100)과 제2기판(110)을 접합시키는 본딩패턴(200)을 이용하여 만곡된 광 입사면을 제공함으로써, 생산효율을 현저하게 증진시킬 수 있다. 또한, 커브드 이미지 센서를 포함한 패키지의 소형화가 가능하다. 이는, 후술하는 커브드 이미지 센서의 제조방법(도 4a 내지 도 4e)을 통해 모다 명확해질 것이다.
또한, 로직회로층(120) 및 커넥터(240)를 구비함으로써, 커브드 이미지 센서의 집적도를 향상시켜 초소형화가 가능하고, 동작속도를 향상시킬 수 있다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 커브드 이미지 센서의 제조방법을 도시한 사시도이다. 여기서는, 제1실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 제조하는 방법에 대한 일례를 설명하기로 하며, 도 4a 내지 도 4e는 도 2a에 도시된 A-A'절취선이 드러나도록 도시한 사시도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 복수의 다이영역 및 복수의 다이영역을 분리하는 스크라이브 레인(Scribe Lane)을 갖는 디바이스 웨이퍼(10)를 준비한다. 디바이스 웨이퍼(10)는 단결정 상태일 수 있으며, 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 일례로, 디바이스 웨이퍼(10)는 벌크 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
다음으로, 각각의 다이영역에 복수의 광전변환소자(미도시)를 포함한 이미지 센서(미도시)를 형성한다. 예컨대, 도면에 도시하지는 않았지만, 디바이스 웨이퍼(10)에 복수의 광전변환소자를 형성하고, 디바이스 웨이퍼(10) 전면 상에 신호생성회로를 포함하는 층간절연막을 순차적으로 형성할 수 있다.
도 4b에 도시된 바와 같이, 디바이스 웨이퍼(10) 전면 상에 스크라이브 레인을 덮고, 각각의 다이영역 가장자리를 둘러싸는 본딩패턴(12)을 형성한다. 어느 하나의 다이영역을 기준으로 본딩패턴(12)은 도넛형태를 갖도록 형성할 수 있다. 또한, 어느 하나의 다이영역을 기준으로 본딩패턴(12)은 적어도 하나 이상의 오픈부(12A)를 포함하도록 형성할 수 있다. 오픈부(12A)는 수평방향으로 본딩패턴(12)을 관통하는 형태를 갖도록 형성할 수 있다.
본딩패턴(12)은 절연물질 예컨대, 산화물, 질화물 및 산화질화물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나의 단일층 또는 둘 이상의 다중층으로 형성할 수 있다.
도 4c에 도시된 바와 같이, 캐리어 웨이퍼(20)를 준비한다. 캐리어 웨이퍼(20)는 단결정 상태일 수 있으며, 실리콘 함유 재료를 포함할 수 있다. 일례로, 캐리어 웨이퍼는 벌크 실리콘 웨이퍼일 수 있다.
다음으로, 본딩패턴(12)을 통해 디바이스 웨이퍼(10)와 캐리어 웨이퍼(20)를 본딩시킨다. 즉, 웨이퍼 본딩공정(wafer bonding process)을 진행한다. 이때, 두 웨이퍼 사이의 접착력을 향상시키기 위해 캐리어 웨이퍼(20) 상에 본딩패턴(12)과 동일한 형상을 갖는 또 다른 본딩패턴(미도시)을 형성하거나, 또는 캐리어 웨이퍼(20) 전면에 본딩막(미도시)을 형성할 수 있다. 또 다른 본딩패턴 및 본딩막은 절연물질을 포함할 수 있다.
디바이스 웨이퍼(10)와 캐리어 웨이퍼(20)를 본딩시킴에 따라 두 웨이퍼(10, 20)와 본딩패턴(12)에 의해 각각의 다이영역에 공동(14)을 형성할 수 있다.
다음으로, 디바이스 웨이퍼(10) 후면에 대한 씨닝공정(thinning process)을 진행하여 디바이스 웨이퍼(10)의 두께를 감소시킨다. 이하, 씨닝공정으로 두께가 감소된 디바이스 웨이퍼(10)의 도면부호를 '10A'로 변경하여 표기하기로 한다.
다음으로, 디바이스 웨이퍼(10A) 후면 상에 각각의 광전변환소자에 대응하도록 컬러필터(미도시) 및 마이크로렌즈(미도시)를 순차적으로 형성한다.
도 4d에 도시된 바와 같이, 스크라이브 레인을 따라 각각의 다이(30)를 분리시키는 쏘잉공정(sawing process)을 진행한다. 이때, 분리된 각각의 다이(30) 측벽에서 적어도 하나 이상의 오픈부(12A)가 노출되도록 쏘잉공정을 진행할 수 있다. 이하, 쏘잉공정으로 분리된 캐리어 웨이퍼(20) 및 디바이스 웨이퍼(10A)는 각각 '제2기판(20A)' 및 '제1기판(10B)'으로 변경하여 표기하기로 한다.
쏘잉공정으로 분리된 각각의 다이(30)는 제2기판(20A), 본딩패턴(12) 및 제1기판(10B)이 순차적으로 적층된 형태를 갖고, 본딩패턴(12) 내측으로 공동(14)이 위치하며, 다이(30)의 측벽에는 공동(14)과 연결된 적어도 하나 이상의 오픈부(12A)가 노출된 형태를 가질 수 있다.
한편, 쏘잉공정을 진행하기 이전에 캐리어 웨이퍼(20)에 대한 씨닝공정을 진행할 수 있다.
도 4e에 도시된 바와 같이, 챔버에 복수의 다이(30)를 로딩한 이후에 챔버 내부를 감압시킨다. 이로써, 각각의 다이(30)는 오픈부(12A)를 통해 공동(14) 내 공기가 빠져나와 제1기판(10B)의 표면(즉, 후면)이 만곡된 표면을 가질 수 있다.
다음으로, 감압환경에서 오픈부(12A)에 밀봉제(16)를 갭필하여 공동(14)을 밀폐시킨다. 이로써, 제1기판(10B)의 표면이 만곡된 상태를 유지할 수 있다. 한편, 공동(14)을 밀폐시키기 이전에 오픈부(12A)를 통해 공동 내 충진제(미도시)를 주입할 수도 있다.
상술한 공정을 통해 실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 완성할 수 있다. 이후, 공지된 패키징 공정을 진행하여 커브드 이미지 센서를 구비한 장치 또는 모듈을 완성할 수 있다.
이처럼, 실시예에 따른 커브드 이미지 센서 제조방법은 패키징 공정 이전에 웨이퍼 레벨에서 모든 공정이 진행됨에 따라 생산효율을 현저하게 증진시킬 수 있다. 아울러, 커브드 이미지 센서를 포함한 패키지의 크기(특히, 높이/두께)를 효과적으로 감소시킬 수 있다.
상술한 실시예에 따른 커브드 이미지 센서는 다양한 전자장치 또는 시스템에 이용될 수 있다. 이하에서는, 도 5를 참조하여 카메라에 본 발명의 실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 적용한 경우를 예시하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 구비한 전자장치를 간략히 도시한 도면이다.
도 5를 참조하여, 실시예에 따른 커브드 이미지 센서를 구비한 전자장치는 정지영상 또는 동영상을 촬영할 수 있는 카메라일 수 있다. 전자장치는 커브드 이미지 센서(300), 광학 시스템(또는, 광학 렌즈)(310), 셔터 유닛(311), 커브드 이미지 센서(300) 및 셔터 유닛(311)을 제어/구동하는 구동부(313) 및 신호 처리부(312)를 포함할 수 있다.
광학 시스템(310)은 피사체로부터의 이미지 광(입사광)을 커브드 이미지 센서(300)의 픽셀 어레이(도 1의 도면부호 '2' 참조)로 안내한다. 광학 시스템(310)은 복수의 광학 렌즈로 구성될 수 있다. 셔터 유닛(311)은 커브드 이미지 센서(300)에 대한 광 조사 기간 및 차폐 기간을 제어한다. 구동부(313)는 커브드 이미지 센서(300)의 전송 동작과 셔터 유닛(311)의 셔터 동작을 제어한다. 신호 처리부(312)는 커브드 이미지 센서(300)로부터 출력된 신호에 관해 다양한 종류의 신호 처리를 수행한다. 신호 처리 후의 이미지 신호(Dout)는 메모리 등의 저장 매체에 저장되거나, 모니터 등에 출력된다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위내의 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 제1기판 110 : 제2기판
120 : 로직회로층 200 : 본딩패턴
210 : 오픈부 220 : 밀봉제
230 : 공동 240 : 커넥터
S1 : 제1면 S2 : 제2면
120 : 로직회로층 200 : 본딩패턴
210 : 오픈부 220 : 밀봉제
230 : 공동 240 : 커넥터
S1 : 제1면 S2 : 제2면
Claims (24)
- 복수의 광전변환소자를 포함하고 만곡된 제1면을 갖는 제1기판;
상기 제1면에 대향하는 제2면 상에서 상기 제1기판의 가장자리를 둘러싸고 적어도 하나 이상의 오픈부를 갖는 본딩패턴;
상기 본딩패턴에 의해 상기 제1기판에 접합된 제2기판; 및
상기 오픈부에 갭필되어 상기 제1기판, 상기 제2기판 및 상기 본딩패턴에 의해 형성된 공동을 밀봉하는 밀봉제
를 포함하되,
상기 오픈부는 상기 제2기판의 표면과 평행한 방향으로 상기 본딩패턴을 관통하는 형태를 갖으며,
상기 본딩패턴은 절연물질을 포함하는 커브드 이미지 센서.
- ◈청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 공동에 갭필된 충진제를 더 포함하는 커브드 이미지 센서.
- ◈청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 제1기판은 디바이스 웨이퍼를 포함하고, 상기 제2기판은 캐리어 웨이퍼를 포함하는 커브드 이미지 센서.
- ◈청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 본딩패턴은 도넛형태를 갖는 커브드 이미지 센서.
- ◈청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제1항에 있어서,
상기 본딩패턴의 외측벽은 상기 제1기판 및 제2기판의 측벽과 정렬되고,
상기 본딩패턴의 내측벽은 모든 모서리가 라운드진 사각형 이상의 다각형 형상을 갖는 커브드 이미지 센서.
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- 복수의 광전변환소자를 포함하고 만곡된 제1면을 갖는 제1기판;
상기 제1면에 대향하는 제2면 상에서 상기 제1기판의 가장자리를 둘러싸고 적어도 하나 이상의 오픈부를 갖는 본딩패턴;
상기 본딩패턴에 의해 상기 제1기판에 접합된 제2기판;
상기 제2기판 상에 형성되어 본딩패턴과 접하는 로직회로층;
상기 본딩패턴을 관통하여 상기 제1기판과 상기 로직회로층을 전기적으로 연결하는 복수의 커넥터; 및
상기 오픈부에 갭필되어 상기 제1기판, 상기 제2기판 및 상기 본딩패턴에 의해 형성된 공동을 밀봉하는 밀봉제
를 포함하되,
상기 본딩패턴은 절연물질을 포함하며,
상기 본딩패턴의 외측벽은 상기 제1기판 및 제2기판의 측벽과 정렬되고,
상기 본딩패턴의 내측벽은 모든 모서리가 라운드진 사각형 이상의 다각형 형상을 갖는 커브드 이미지 센서.
- ◈청구항 9은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제8항에 있어서,
상기 공동에 갭필된 충진제를 더 포함하는 커브드 이미지 센서.
- ◈청구항 10은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제8항에 있어서,
상기 제1기판은 디바이스 웨이퍼를 포함하고, 상기 제2기판은 캐리어 웨이퍼를 포함하는 커브드 이미지 센서.
- ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제8항에 있어서,
상기 본딩패턴은 도넛형태를 갖는 커브드 이미지 센서.
- 삭제
- 삭제
- ◈청구항 14은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제8항에 있어서,
상기 오픈부는 상기 제2기판의 표면과 평행한 방향으로 상기 본딩패턴을 관통하는 형태를 갖는 커브드 이미지 센서.
- 복수의 다이영역 및 복수의 상기 다이영역을 분리하는 스크라이브 레인을 갖는 디바이스 웨이퍼를 준비하는 단계;
각각의 상기 다이영역에 복수의 광전변환소자를 형성하는 단계;
상기 디바이스 웨이퍼 상에 각각의 상기 다이영역 가장자리를 둘러싸고 적어도 하나 이상의 오픈부를 갖는 본딩패턴을 형성하는 단계;
상기 본딩패턴을 통해 상기 디바이스 웨이퍼와 캐리어 웨이퍼를 본딩시켜 각각의 상기 다이영역에 공동을 형성하는 단계;
각각의 상기 다이영역을 분리하는 쏘잉공정을 진행하여 복수의 다이를 형성하는 단계; 및
상기 다이의 표면을 만곡시키는 단계
를 포함하되,
상기 본딩패턴을 형성하는 단계는,
상기 디바이스 웨이퍼 전면에 절연막을 형성하는 단계; 및
상기 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 스크라이브 레인을 덮고, 각각의 상기 다이영역 가장자리를 덮으며, 적어도 하나 이상의 오픈부를 갖는 본딩패턴을 형성하는 단계
를 포함하며,
상기 쏘잉공정은 상기 다이의 측벽에 상기 오픈부가 노출되도록 진행하는 커브드 이미지 센서 제조방법.
- ◈청구항 16은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제15항에 있어서,
각각의 상기 다이영역에서 상기 본딩패턴은 도넛형태를 갖도록 형성하는 커브드 이미지 센서 제조방법.
- 삭제
- ◈청구항 18은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제15항에 있어서,
상기 오픈부는 수평방향으로 상기 본딩패턴을 관통하는 형태를 갖도록 형성하는 커브드 이미지 센서 제조방법.
- 삭제
- ◈청구항 20은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제15항에 있어서,
상기 다이의 표면을 만곡시키는 단계는,
상기 공동 내 공기를 제거하는 단계; 및
상기 오픈부에 밀봉제를 갭필시켜 상기 공동을 밀폐시키는 단계
를 포함하는 커브드 이미지 센서 제조방법.
- ◈청구항 21은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제15항에 있어서,
상기 공동을 밀폐시키기 이전에
상기 공동에 충진제를 갭필시키는 단계를 더 포함하는 커브드 이미지 센서 제조방법.
- 광학 시스템;
상기 광학 시스템으로부터 광을 수신하는 커브드 이미지 센서;
상기 광학 시스템으로부터 상기 커브드 이미지 센서로 조사되는 광을 제어하는 셔터 유닛;
상기 셔터 유닛의 동작 및 상기 커브드 이미지 센서의 전송 동작을 제어하는 구동부; 및
상기 커브드 이미지 센서로부터 출력된 신호에 대해 신호 처리 동작을 수행하는 신호 처리부를 포함하고,
상기 커브드 이미지 센서는,
복수의 광전변환소자를 포함하고 만곡된 제1면을 갖는 제1기판;
상기 제1면에 대향하는 제2면 상에서 상기 제1기판의 가장자리를 둘러싸고 적어도 하나 이상의 오픈부를 갖는 본딩패턴;
상기 본딩패턴에 의해 상기 제1기판에 접합된 제2기판; 및
상기 오픈부에 갭필되어 상기 제1기판, 상기 제2기판 및 상기 본딩패턴에 의해 형성된 공동을 밀봉하는 밀봉제
를 포함하되,
상기 오픈부는 상기 제2기판의 표면과 평행한 방향으로 상기 본딩패턴을 관통하는 형태를 갖되,
상기 본딩패턴은 절연물질을 포함하는 전자장치.
- ◈청구항 23은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제22항에 있어서,
상기 제2기판 상에 형성되어 본딩패턴과 접하는 로직회로층; 및
상기 본딩패턴을 관통하여 상기 제1기판과 상기 로직회로층을 전기적으로 연결하는 복수의 커넥터
를 더 포함하는 전자장치.
- ◈청구항 24은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈제22항에 있어서,
상기 공동에 갭필된 충진제를 더 포함하는 전자장치.
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