KR102434553B1 - 관통-산화물 비아 접속들을 갖는 이미징 시스템들 - Google Patents
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Abstract
이미징 시스템은 이미지 센서 패키지에서 이미지 센서 다이와 디지털 신호 처리 다이 사이의 관통-산화물 비아 접속들을 갖는 이미지 센서 패키지를 포함할 수 있다. 이미지 센서 다이 및 디지털 신호 처리 다이는 서로 부착될 수 있다. 관통-산화물 비아는 이미지 센서 다이상의 접합 패드를 이미지 센서 다이 및 디지털 신호 처리 다이들 내 금속 라우팅 경로들과 접속할 수 있다. 관통-산화물 비아는 이미지 센서 다이를 디지털 신호 처리 다이에 동시에 연결할 수 있다. 관통-산화물 비아는 이미지 센서 다이의 얕은 트렌치 분리 구조를 관통하여 형성될 수 있다. 관통-산화물 비아는 이미지 센서 및 디지털 신호 처리 다이들의 선택적인 에칭을 통해 형성될 수 있다.
Description
본 출원은 2014년 2월 27일에 출원된 미국 특허 출원 제 14/191,965 호에 대한 우선권을 청구한다.
본 발명은 일반적으로 이미징 시스템들에 관한 것이고, 특히 제 1 및 제 2 집적 회로 다이들에서 관통-산화물 비아들을 갖는 이미징 시스템들에 관한 것이다.
휴대 전화들, 카메라들, 컴퓨터들과 같은 현대 전자 디바이스들은 종종 디지털 이미지 센서들을 사용한다. 이미징 시스템들(즉, 이미지 센서들)은 종종 이미지 감지 화소들의 2차원 어레이를 포함한다. 각각의 화소는 일반적으로 입사 광자들(광)을 수신하고 광자들을 전기 신호들로 변환하는 광 다이오드와 같은 광센서를 포함한다. 이미징 시스템은 이미지 센서 집적 회로 및 광 다이오드들의 어레이를 갖는 이미지 센서 다이를 포함한다. 이미지 센서 다이는 디지털 신호 처리 집적 회로를 갖는 디지털 신호 처리 다이에 부착된다.
이미지 센서 다이상의 접합 패드는 비아들을 사용하여 이미지 센서 집적 회로 및 디지털 신호 처리 집적 회로에 결합될 수 있다. 그러나, 집적 회로들에서 금속 라우팅 경로들 사이에 비아 접속들을 형성하기 위한 시간의 양, 공간, 효율, 및 비용이 제한될 수 있다. 종래의 이미징 시스템들에서, 이미지 센서 다이를 접합 패드에 접속하기 위해 관통-실리콘 비아를 형성하는 것 및 접합 패드로부터 디지털 신호 처리 다이로의 접속들을 형성하는 것은 이들 접속들을 형성하기 위한 시간의 양, 공간, 효율, 및 비용에 제한될 수 있다.
그러므로, 이미징 시스템들에서 비아 접속들을 형성하는 개선된 방식들을 제공하는 것이 바람직하다.
디지털 카메라들, 컴퓨터들, 휴대 전화들 및 다른 전자 디바이스들과 같은 전자 디바이스들은 들어오는 이미지 광을 수집하여 이미지를 캡쳐하기 위한 이미지 센서들을 포함한다. 이미지 센서들은 이미징 화소들의 어레이들을 포함할 수 있다. 이미지 센서들에서 화소들은 들어오는 이미지 광을 이미지 신호들로 변환하는 광 다이오드들과 같은 감광성 소자들을 포함할 수 있다. 이미지 센서들은 임의의 수의 화소들(예를 들면, 수백 또는 수천 개 이상)을 가질 수 있다. 일반적인 이미지 센서는, 예를 들면, 수십만, 또는 수백만 개의 화소들(예를 들면, 메가 화소들)을 가질 수 있다. 이미지 센서들은 이미징 화소들을 작동하기 위한 회로와 같은 제어 회로 및 감광성 소자들에 의해 생성된 전하에 대응하는 이미지 신호들을 판독하기 위한 판독 회로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 제 1 집적 회로 다이, 제 1 집적 회로 다이에 접합되는 제 2 집적 회로 다이, 제 1 집적 회로 다이상의 접합 패드, 및 제 1 집적 회로 다이상의 접합 패드를 제 2 집적 회로 다이에 연결하는 비아를 포함하는 집적 회로 패키지가 제공된다.
다른 실시예에 따라, 비아는 접합 패드에 접속되는 제 1 단부 및 제 2 집적 회로 다이로 연장하는 제 2 단부를 갖는다.
다른 실시예에 따라, 제 1 집적 회로 다이는 제 1 금속 상호 접속부를 갖고, 제 2 집적 회로 다이는 제 2 금속 상호 접속부를 갖고, 비아는 제 1 금속 상호 접속부를 제 2 금속 상호 접속부에 연결한다.
다른 실시예에 따라, 제 1 집적 회로 다이는 얕은 트렌치 분리 구조를 포함하고, 비아는 얕은 트렌치 분리 구조를 관통하여 형성된다.
다른 실시예에 따라, 제 1 집적 회로 다이는 이미지 센서 집적 회로를 포함하고, 제 2 집적 회로 다이는 디지털 신호 처리 집적 회로를 포함한다.
다른 실시예에 따라, 집적 회로 패키지는 비아를 감싸는 비아 라이너를 포함한다.
다른 실시예에 따라, 비아는 제 1 집적 회로 다이를 관통하여 형성되고 접합 패드에 접촉하는 복수의 비아들에서 주어진 비아를 포함하고, 복수의 비아들에서 각각의 비아는 원형이다.
다른 실시예에 따라, 비아는 직사각형 슬롯을 포함한다.
다른 실시예에 따라, 제 1 집적 회로는 금속 라우팅 경로들 및 금속 라우팅 경로들을 관통하는 비아에 연결되는 이미지 센서 화소를 포함한다.
다른 실시예에 따라, 제 1 다이 및 제 2 다이를 포함하는 이미지 센서 패키지를 형성하기 위한 방법은, 제 1 다이를 제 2 다이에 부착하는 단계, 제 1 및 제 2 다이들로 연장하는 구멍을 형성하기 위해 선택적인 에칭을 수행하는 단계, 구멍에 비아를 형성하기 위해 구멍에 도전성 물질을 증착하는 단계, 및 비아에 접촉하기 위해 제 1 다이상에 접합 패드를 형성하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따라, 방법은 제 1 다이를 제 2 다이로 부착한 후 제 1 다이를 그라인딩하는 단계, 및 선택적인 에칭을 수행하기 전에 제 1 다이상에 버퍼층을 증착하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따라, 제 1 다이는 실리콘 기판을 포함하고, 구멍을 형성하기 위해 선택적인 에칭을 수행하는 단계는 실리콘 기판을 관통하여 구멍을 형성하기 위해 선택적인 에칭을 수행하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따라, 방법은 실리콘 기판에 구멍을 형성하기 위해 선택적인 에칭을 수행한 후 실리콘 기판의 구멍에 패시베이션 계층을 증착하는 단계를 포함한다.
다른 실시예에 따라, 구멍을 형성하기 위한 선택적인 에칭을 수행하는 단계는 실리콘 기판으로부터의 구멍을 제 2 다이로 연장하기 위해 선택적인 에칭을 수행하는 단계를 포함하고, 비아는 제 1 다이와 제 2 다이 사이의 제 1 접속 및 접합 패드와 제 1 다이 사이의 제 2 접속을 동시에 제공한다.
다른 실시예에 따라, 제 1 다이는 얕은 트렌치 분리 구조를 포함하고, 구멍을 형성하기 위해 선택적인 에칭을 수행하는 단계는 얕은 트렌치 분리 구조를 관통하는 구멍을 형성하는 단계를 추가로 포함한다.
일 실시예에 따라, 중앙 처리 유닛, 메모리, 입력-출력 회로, 및 이미징 디바이스를 포함하는 시스템이 제공되고, 이미징 디바이스는 제 1 다이, 제 1 다이에 접속된 제 2 다이, 제 1 다이상의 접합 패드, 및 접합 패드에 접촉하고 제 1 다이를 제 2 다이로 연장하는 관통-산화물 비아를 포함한다.
다른 실시예에 따라, 제 1 다이는 제 1 금속 라우팅 경로들을 포함하고, 제 2 다이는 제 2 금속 라우팅 경로들을 포함하고, 관통-산화물 비아는 접합 패드를 제 1 및 제 2 금속 라우팅 경로들에 전기적으로 연결한다.
다른 실시예에 따라, 관통-산화물 비아는 제 1 및 제 2 금속 라우팅 경로들을 접속시킨다.
다른 실시예에 따라, 제 1 다이는 얕은 트렌치 분리 구조를 포함하고, 관통-산화물 비아는 얕은 트렌치 분리 구조를 관통하여 연장한다.
다른 실시예에 따라, 제 1 다이는 이미지 센서 집적 회로를 포함하고, 제 2 다이는 디지털 신호 처리 집적 회로를 포함한다.
본 발명은 이미징 시스템들에서 비아 접속들을 형성하는 개선된 방식들을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서를 갖는 카메라 모듈을 포함할 수 있는 예시적인 이미징 시스템의 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관통-산화물 비아들을 갖는 이미지 센서 패키지의 측단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관통-산화물 비아들을 갖는 예시적인 이미징 시스템을 형성하는 데 포함될 수 있는 예시적인 단계들을 도시하는 플로차트.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 관통-산화물 비아들을 갖는 이미지 센서 패키지의 측단면도들.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 관통-산화물 비아들을 갖는 접합 패드의 평면도들.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2 내지 도 5의 실시예들을 구현하는 시스템의 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 관통-산화물 비아들을 갖는 이미지 센서 패키지의 측단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 관통-산화물 비아들을 갖는 예시적인 이미징 시스템을 형성하는 데 포함될 수 있는 예시적인 단계들을 도시하는 플로차트.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 관통-산화물 비아들을 갖는 이미지 센서 패키지의 측단면도들.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 관통-산화물 비아들을 갖는 접합 패드의 평면도들.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2 내지 도 5의 실시예들을 구현하는 시스템의 블록도.
도 1은 이미지들을 캡쳐하기 위해 이미지 센서를 사용하는 예시적인 전자 디바이스의 도면이다. 도 1의 전자 디바이스(10)는 카메라, 휴대 전화, 비디오 카메라, 또는 디지털 이미지 데이터를 캡쳐하는 다른 이미징 디바이스와 같은 휴대용 전자 디바이스일 수 있다. 카메라 모듈(12)은 들어오는 광을 디지털 이미지 데이터로 변환하기 위해 사용될 수 있다. 카메라 모듈(12)은 하나 이상의 렌즈들(14) 및 하나 이상의 대응하는 이미지 센서들(16)을 포함할 수 있다. 이미지 캡처 동작들 동안, 장면으로부터의 광은 렌즈(14)에 의해 이미지 센서(16) 상에 집속될 수 있다. 이미지 센서(16)는 대응하는 디지털 이미지 데이터를 처리 회로(18)로 제공한다. 이미지 센서(16)는, 예를 들면, 백사이드 조명 이미지 센서일 수 있다. 필요한 경우, 카메라 모듈(12)에는 렌즈들(14)의 어레이 및 대응하는 이미지 센서들(16)의 어레이가 제공될 수 있다. 이미지 센서(16)는 이미지 센서 화소들(15)의 어레이 및 컬러 필터 소자들의 대응하는 어레이와 같은 이미지 센서 화소들의 어레이를 포함할 수 있다.
처리 회로(18)는 하나 이상의 집적 회로들(예를 들면, 이미지 처리 회로들, 마이크로프로세서들, 랜덤 액세스 메모리 및 비휘발성 메모리와 같은 저장 디바이스들, 등)을 포함할 수 있고, 카메라 모듈(12)로부터 분리되고 및/또는 카메라 모듈(12)의 부분을 형성하는 구성 요소들(예를 들면, 이미지 센서들(16)을 포함하는 집적 회로 또는 이미지 센서(16)와 연관되는 모듈(12) 내 집적 회로의 부분을 형성하는 회로들)을 사용하여 구현될 수 있다. 카메라 모듈(12)에 의해 캡쳐된 이미지 데이터는 처리 회로(18)를 사용하여 처리 및 저장될 수 있다. 처리된 이미지 데이터는, 필요한 경우, 처리 회로(18)에 연결된 유선 및/또는 무선 통신 경로들을 사용하여 외부 장비(예를 들면, 컴퓨터 또는 다른 디바이스)에 제공될 수 있다.
도 2는 이미지 센서 패키지(20)와 같은 이미지 센서 패키지의 측단면도이다. 이미지 센서 패키지(20)는 이미지 센서 집적 회로 다이(22)(이미지 센서 다이(22)라고도 불림) 및 디지털 신호 처리(DSP) 집적 회로 다이(24)(DSP 다이(24)라고도 불림)와 같은 이미지 센서 집적 회로 다이를 가질 수 있다. 이미지 센서 다이(22)는 실리콘 기판(26)과 같은 실리콘 기판에서 이미지 센서 화소들(15)(예를 들면, 도 1을 참조하라)의 어레이에 대한 집적 회로들을 포함할 수 있다. 실리콘 기판(26)은 이미지 센서 다이에서 인접한 트랜지스터들 사이의 전류의 흐름을 분리하는 얕은 트렌치 분리(STI) 구조(28)와 같은 STI 구조들을 가질 수 있다. STI 구조(28)는 산화물 물질들로 형성될 수 있다.
버퍼층(30)과 같은 버퍼층은 실리콘 기판(26) 위에 증착될 수 있다. 버퍼층(30)은 산화물들과 같은 버퍼 물질들의 다수의 층들로 형성될 수 있다. 이미지 센서 다이(22)는 상호 접속층들(32)과 같은 상호 접속층들을 가질 수 있다. DSP 다이(24)는 상호 접속층들(34)과 같은 상호 접속층들을 또한 가질 수 있다. 이미지 센서 다이(22)는 DSP 다이(24)에 접합되거나 부착될 수 있어서 상호 접속층들(32, 34)이 서로 마주본다. 상호 접속층들(32)은 이미지 센서 다이(22)의 전면을 형성할 수 있고 상호 접속층들(32)은 DSP 다이(24)의 전면을 형성할 수 있다. 이미지 센서 패키지(20)는 백사이드 조명 이미징 시스템의 부분을 형성할 수 있고, 광은 이미지 센서 다이(22)의 백사이드의 방향으로부터 수신된다(예를 들면, 버퍼층(30)을 갖는 측으로부터). 도 2의 장치는 단순히 예시적이고; 이미지 센서 패키지(20)는 전면 조명 시스템의 부분을 또한 형성할 수 있다. 이미지 센서 다이(22) 및 DSP 다이(24)는 이미징 시스템을 형성하기 위해 임의의 적절한 방식으로 부착될 수 있다.
상호 접속층(32)은 금속 상호 접속부들(36)과 같은 금속 상호 접속부들(예를 들면, 금속 라우팅 경로들)을 가질 수 있다. 상호 접속층(34)은 금속 상호 접속부들(38)과 같은 금속 상호 접속부들을 가질 수 있다. 상호 접속층들(32, 34)은 다수의 층들의 금속들로 형성되고 다수의 층들의 금속 상호 접속부들을 포함할 수 있다. 접합 패드(40)와 같은 접합 패드는 실리콘 기판(26) 위의 패시베이션 계층상에 형성될 수 있다. 접합 패드(40)는 알루미늄으로 형성될 수 있다. 실리콘 기판(26)의 표면상에 접합 패드(40)와 같은 하나보다 많은 접합 패드가 존재할 수 있다. 접합 패드(40)는 네 개의 변들을 갖는 직사각형 또는 정사각형 표면을 가질 수 있다. 접합 패드(40)는 종래의 관통-실리콘 비아 구성에서 사용될 수 있는 접합 패드의 면적보다 작은 면적을 가질 수 있다. 예를 들면, 접합 패드(40)는 70 내지 110 마이크로미터의 범위에 있는 길이 및 70 내지 110 마이크로미터의 범위에 있는 폭, 또는 접합 패드에 대한 임의의 다른 적절한 치수들을 가질 수 있다.
관통-산화물 비아들(42)과 같은 비아들은 이미지 센서 다이(22) 및 DSP 다이(24)에 형성되어 접합 패드(40)를 다이들의 집적 회로들(예를 들면, 이미지 센서 집적 회로들 및 DSP 집적 회로들)에 전기적으로 접속할 수 있다. 관통-산화물 비아들(42)은 구리 및 임의의 다른 적합한 도전성 물질과 같은 도전성 물질로 형성될 수 있다. 관통-산화물 비아들(42)은 비아 라이너들(44)과 같은 비아 라이너들에 의해 둘러싸일 수 있고 STI 구조(28)를 통과할 수 있다. 비아 라이너들(44)은 탄탈 또는 임의의 다른 적합한 도전성 물질들로 형성될 수 있다. 비아 라이너들(44)은 패시베이션 계층(45)과 같은 패시베이션 계층에 의해 둘러싸일 수 있다. 패시베이션 계층(45)은 산화물 물질로 형성될 수 있다. 관통-산화물 비아(42)는 접합 패드(40)에 접속되는 하나의 단부 및 이미지 센서 다이를 통해 DSP 다이(24)로 연장하는 다른 단부를 가질 수 있다. 관통-산화물 비아들(42)은 금속 상호 접속부들(36, 38)을 서로에 접속하는 동시에 접합 패드(40)를 금속 상호 접속부들(36, 38)에 접속할 수 있다.
이러한 방식으로, 접합 패드 접속들 및 다이간 접속들(예를 들면, 금속 상호 접속부들(36, 38)과 같은, 제 1 및 제 2 다이들에서 금속 상호 접속부들 사이의 접속들)은 접합 패드 접속들 및 다이간 접속들에 대한 개별적인 프로세스들 및 구조들보다 단일 구조 및 프로세스(예를 들면, 관통-산화물 비아들)를 사용하여 형성될 수 있다. 종래의 관통-실리콘 비아 방법들보다는 관통-산화물 비아들(42)을 사용하는 접합 패드(40)와 제 1 및 제 2 다이들의 회로 사이의 전기 접속은 접합 패드(40)에 대한 접합 패드 면적 및 처리 동안 사용된 마스킹 계층들의 수를 감소시키는 것을 초래할 수 있고, 이는 이미지 센서 패키지들을 제작하기 위한 공간 및 비용의 양을 개선한다. 접합 패드 접속 및 다이간 접속들을 형성하기 위한 단일 에칭 프로세스는 프로세스 통합을 개선하고(예를 들면, 개발 주기 시간을 감소시킴), 토포그래피를 최소화하고(예를 들면, 이미지 센서에서 광 다이오드들에 도달하는 광의 산출량을 개선함), 프로세스의 비용을 감소시킬 수 있기 때문에 바람직할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시된 이미지 센서 패키지와 같은 관통-산화물 비아들을 갖는 예시적인 이미징 시스템을 형성하는 데 포함될 수 있는 예시적인 단계들의 플로 차트이다.
단계(46)에서, 이미지 센서 다이(22)와 같은 제 1 다이 및 DSP 다이(24)와 같은 제 2 다이는 서로 부착될 수 있고 이미지 센서 다이(22)는 요청된 두께로 그라인딩되거나 폴리싱될 수 있다. 이미지 센서 다이(22)는 DSP 다이(24)에 접합하거나 부착될 수 있어서 상호 접속층들(32) 및 상호 접속층들(34)과 같은 그들의 전면 상호 접속층들은 서로 마주본다. 이미지 센서 다이(22)는 실리콘 기판(26)에서 광 다이오드들의 어레이에 대한 이미지 센서 집적 회로를 갖는 실리콘 기판(26)과 같은 실리콘 기판을 포함할 수 있다. 실리콘 기판(26)과 같은 실리콘 기판은 그라인딩되고 백사이드 조명된 이미지 센서들에 대하여 2 내지 3 미크론의 범위에 있을 수 있는 바람직한 두께로 얇아질 수 있다.
단계(48)에서, 버퍼층(30)과 같은 버퍼층은 이미지 센서 다이(22)와 같은 제 1 다이상에 증착될 수 있다. 버퍼층은 산화물 물질들로 형성될 수 있고 물질들의 다수의 층들로 형성될 수 있다. 예를 들면, 산화물 물질들로 형성된 반사 방지 코팅층은 제 1 다이상에 증착될 수 있고 산화물 물질들로 또한 형성된 추가적인 버퍼층들은 제 1 다이 및 반사 방지 코팅층 위에 증착될 수 있다.
단계(50)에서, 선택적인 에칭은 이미지 센서 다이(22)의 실리콘 기판(26)과 같은 제 1 다이의 실리콘 기판에서 구멍을 형성하도록 수행될 수 있다. 구멍은 STI 구조(28)와 같은 실리콘 기판의 STI 구조에 도달할 수 있다. STI 구조는 실리콘 기판에서 인접한 트랜지스터들 사이에 위치되어 서로로부터 트랜지스터들로부터의 전류 흐름을 차단 및 분리할 수 있다.
단계(52)에서, 패시베이션 계층(45)과 같은 패시베이션 계층은 구멍에 증착되어 패시베이션 계층은 실리콘 기판(26)과 같은 실리콘 기판에서 구멍의 월들을 덮을 수 있다. 패시베이션 계층은 산화물 물질로 형성될 수 있다.
단계(54)에서, 선택적인 에칭은 STI 구조(28)와 같은 STI 구조 및 상호 접속층들(36, 38)과 같은 상호 접속층들을 관통하는 구멍을 연장하도록 수행될 수 있다. 구멍은 금속 상호 접속층들(36, 38)과 같은 상호 접속층들에서 금속 라우팅 경로들의 계층들을 관통하여 연장할 수 있다. 구멍은, 구멍이 제 1 다이를 통과하고 제 2 다이로(제 1 다이로부터 제 2 다이로) 연장하도록 에칭될 수 있다. 에칭은 단일 에칭 프로세스 또는 다수의 에칭 프로세스들에서 행해질 수 있다. 단일 에칭 프로세스는 프로세스 통합을 개선하고(예를 들면, 개발 주기 시간을 감소시킴), 토포그래피를 최소화하고(예를 들면, 이미지 센서에서 광 다이오드들에 도달하는 광의 산출량을 개선함), 프로세스의 비용을 감소시킬 수 있기 때문에 바람직할 수 있다.
단계(56)에서, 비아 라이너(44)와 같은 비아 라이너는 구멍에 증착될 수 있다. 비아 라이너는, 비아 라이너가 구멍의 내부 표면들에 막을 형성하도록 증착될 수 있다. 비아 라이너(44)는 탄탈 또는 임의의 다른 적절한 물질들로 형성될 수 있다.
단계(58)에서, 구리와 같은 도전성 물질은 관통-산화물 비아들(42)과 같은 관통-산화물 비아들을 형성하기 위해 구멍에 증착될 수 있다. 구멍의 나머지는 도전성 물질들로 채워질 수 있다. 관통-산화물 비아들(42)은 금속 상호 접속부들(36, 38)에 전기적으로 연결될 수 있다.
단계(60)에서, 접합 패드(40)와 같은 접합 패드는 접합 패드가 관통-산화물 비아에 접촉하도록 이미지 센서 다이(22)와 같은 제 1 다이상에 형성될 수 있다. 접합 패드(40)는, 관통-산화물 비아가 접합 패드(40), 제 1 다이에서 금속 상호 접속부들(예를 들면, 금속 상호 접속부들(36)), 및 제 2 다이에서 금속 상호 접속부들(예를 들면, 금속 상호 접속부들(38))에 접속되기 때문에, 관통-산화물 비아(42)에 의해 제 1 다이 및 제 2 다이 모두에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 방식으로, 접합 패드 접속들 및 다이간 접속들(예를 들면, 금속 상호 접속부들(36, 38) 사이에 형성된)은 접합 패드 접속들 및 다이간 접속들에 대한 개별적인 프로세스들 및 구조들보다 단일 구조 및 프로세스를 사용하여(예를 들면, 관통-산화물 비아들) 형성될 수 있다. 종래의 관통-실리콘 비아 방법들보다는 관통-산화물 비아들(42)을 사용하는 제 1 및 제 2 다이들의 금속 라우팅 경로들과 접합 패드(40) 사이의 전기 접속은 접합 패드(40)에 대해 더 적은 접합 패드 면적 및 더 적은 버퍼층들이 사용되는 것을 초래할 수 있고, 이는 이미지 센서 패키지들을 제작하기 위한 공간 및 비용의 양을 개선한다.
도 4a 및 도 4b는 이미지 센서 패키지에서 형성될 수 있는 관통-산화물 비아들의 다수의 구성들의 단면도들을 도시한다. 도 4a에서, 이미지 센서 패키지(20-A)와 같은 이미지 센서 패키지는 이미지 센서 다이(22-A) 및 DSP 다이(24-A)와 같은 제 1 및 제 2 다이들을 가질 수 있다. DSP 다이(24-A)는 주문형 집적 회로(ASIC)를 포함할 수 있다. 이미지 센서 다이(22-A)는 금속 상호 접속부들(36-A, 37-A)을 가질 수 있고, DSP 다이(24-A)는 금속 상호 접속부들(38-A)을 가질 수 있다. 금속 상호 접속부들(37-A)은 이미지 센서 다이(22-A)에서 광 다이오드들의 어레이(예를 들면, 도 1에서 이미지 센서 화소들(15))에 대한 하나 이상의 이미지 센서 집적 회로들에 연결될 수 있다. 이미지 센서 패키지(20-A)는 제 1 다이의 금속 상호 접속부(37-A)를 제 2 다이의 금속 상호 접속부(38-A)에 접속하는 다이간 접속들의 역할을 하는 비아들(43-A)을 포함할 수 있다. 이미지 센서 패키지(20-A)는 관통-산화물 비아(36-A)와 같은 관통-산화물 비아 및 이미지 센서 다이의 상부면상에 있는 접합 패드(40-A)와 같은 접합 패드를 또한 포함할 수 있다. 관통-산화물 비아(42-A)는 접합 패드(40-A)가 금속 상호 접속부(36-A, 38-A)에 동시에 전기적으로 연결될 수 있도록 형성될 수 있다(예를 들면, 관통-산화물 비아(42-A)는 접합 패드(42-A)와 금속 상호 접속부들(36-A, 38-A) 사이의 접합 패드 접속뿐만 아니라 제 1 및 제 2 다이들 사이의 다이간 접속 모두일 수 있다). 그러나, 금속 상호 접속부(36-A) 및 금속 상호 접속부(37-A)는 전기적으로 연결되지 않기 때문에, 접합 패드(40-A)는 이미지 센서 다이(22-A)의 금속 상호 접속부(37-A) 및 이미지 센서 집적 회로들에 전기적으로 연결되지 않는다.
도 4b에서, 이미지 센서 패키지(20-B)와 같은 이미지 센서 패키지는 이미지 센서 다이(22-B) 및 DSP 다이(24-B)와 같은 제 1 및 제 2 다이들을 가질 수 있다. DSP 다이(24-B)는 주문형 집적 회로(ASIC)를 포함할 수 있다. 이미지 센서 다이(22-B)는 금속 상호 접속부(36-A)를 가질 수 있고, DSP 다이(24-B)는 금속 상호 접속부(38-A)를 가질 수 있다. 금속 상호 접속부(38-A)는 이미지 센서 다이(22-B)의 광 다이오드들(예를 들면, 도 1에서 이미지 센서 화소들(15))의 어레이에 대하여 하나 이상의 이미지 센서 집적 회로들에 연결될 수 있다. 이미지 센서 패키지(20-B)는 관통-산화물 비아(36-A)와 같은 관통-산화물 비아 및 이미지 센서 다이의 상부면상에 있는 접합 패드(40-B)와 같은 접합 패드를 또한 포함할 수 있다. 관통-산화물 비아(42-B)는 접합 패드(40-B)가 금속 상호 접속부(36-B, 38-B)에 동시에 전기적으로 연결되도록 형성될 수 있다(예를 들면, 관통-산화물 비아(42-B)는 접합 패드(42-A)와 금속 상호 접속부들(36-B, 38-B) 사이의 접합 패드 접속뿐만 아니라 제 1 및 제 2 다이들 사이의 다이간 접속 모두일 수 있다). 접합 패드(40-B)는 이미지 센서 다이(22-A)의 화소 회로뿐만 아니라 DSP 다이(24-B)의 금속 상호 접속부(38-B) 모두에 전기적으로 연결될 수 있다(금속 상호 접속부(36-B)를 통해).
도 4a 및 도 4b에서 관통-산화물 비아들의 구성들은 단순히 예시적이고; 이미지 센서 패키지의 접합 패드와 회로의 상이한 계층들 사이의 임의의 적절한 접속들을 형성하기 위해 임의의 적절한 수의 조합들로 형성되는 임의의 적절한 수의 관통-산화물 비아들이 존재할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 접합 패드의 절단 평면도로부터 형성될 수 있는 관통-산화물 비아들의 다수의 구성들을 도시한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 접합 패드(80-A)는 알루미늄과 같은 도전성 물질로 형성될 수 있다. 접합 패드(80-A)는 상부면 및 하부면을 가질 수 있다. 접합 패드(80-A)의 하부면은 도 2 및 도 4에서 관통-산화물 비아들(42)과 같은 다수의 관통-산화물 비아들에 접속되고 접촉될 수 있다. 관통-산화물 비아들(42)은 원형일 수 있고, 상부면의 변을 따라 접합 패드(80-A)에 접촉하는 복수의 관통-산화물 비아들이 존재할 수 있다. 도 5a의 배열은 단순히 예시적이고; 관통-산화물 비아들(42)의 임의의 적절한 수 및 형태는 접합 패드(80-A)에 접속하기 위해 임의의 적절한 배열로 형성될 수 있다. 관통-산화물 비아들(42)은 서로 인접하게 위치될 수 있다. 비아들(42) 사이의 간격은 약 4.4 마이크로미터 또는 임의의 다른 적절한 거리일 수 있다. 접합 패드(80-A)는 종래의 관통-실리콘 비아 구성에서 사용될 수 있는 접합 패드의 면적보다 작은 면적을 가질 수 있다. 예를 들면, 접합 패드(80-A)는 70 내지 110 마이크로미터들의 범위내에 있는 길이 및 70 내지 110 마이크로미터들의 범위 내에 있는 폭, 또는 접합 패드에 대해 임의의 다른 적절한 치수들을 가질 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 접합 패드(80-B)는 알루미늄과 같은 도전성 물질로 형성될 수 있다. 접합 패드(80-B)는 상부면 및 하부면을 가질 수 있다. 접합 패드(80-B)의 하부면은 도 2 및 도 4에서 관통-산화물 비아(42)와 같은 다수의 관통-산화물 비아들에 접속되어 접촉할 수 있다. 관통-산화물 비아들(42)은 실리콘 기판에서 직사각형 슬롯 형상 개구로 형성될 수 있고 도전성 물질의 직사각형 블록으로 형성될 수 있다. 슬롯 형상 관통-산화물 비아(42)는 비아의 직사각형 변들 중 하나에서 접합 패드(80-B)에 접속될 수 있다(도 5b에 도시됨). 도 5b에 도시된 배열은 단순히 예시적이고; 비아는 임의의 적절한 위치에서 접합 패드에 접촉할 수 있다. 슬롯 형상 비아(42)는 52 마이크로미터 × 3.8 마이크로미터일 수 있거나 또는 임의의 다른 적절함 범위들의 치수들을 가질 수 있다. 접합 패드(80-B)는 종래의 관통-실리콘 비아 구성에서 사용될 수 있는 접합 패드의 면적보다 작은 면적을 가질 수 있다. 예를 들면, 접합 패드(80-B)는 70 내지 110 마이크로미터들의 범위내에 있는 길이 및 70 내지 110 마이크로미터들의 범위 내에 있는 폭, 또는 접합 패드에 대해 임의의 다른 적절한 치수들을 가질 수 있다.
도 6은 이미징 디바이스(200)를 포함하는 디지털 카메라와 같은 일반적인 프로세서 시스템(300)을 간략화된 형태로 도시한다. 이미징 디바이스(200)는 화소 어레이(201)를 포함할 수 있다. 이미징 디바이스(200)는 도 2에 도시되는 관통-산화물 비아들(42)을 갖는 이미지 센서 패키지(20)와 같은 이미지 센서 패키지를 포함할 수 있다. 프로세서 시스템(300)은 이미징 디바이스(200)를 포함할 수 있는 디지털 회로들을 갖는 시스템의 예시이다. 제한 없이, 이러한 시스템은 컴퓨터 시스템, 스틸 또는 비디오 카메라 시스템, 스캐너, 머신 비전, 차량 네비게이션, 비디오 폰, 감시 시스템, 자동 초점 시스템, 별 추적기 시스템, 움직임 검출 시스템, 이미지 안정화 시스템, 및 이미징 디바이스를 채용하는 다른 시스템들을 포함할 수 있다.
디지털 스틸 또는 비디오 카메라 시스템일 수 있는 프로세서 시스템(300)은 셔터 릴리즈 버튼(397)이 눌려질 때 화소 어레이(201)와 같은 화소 어레이상에 이미지를 집속하기 위한 렌즈(396)와 같은 렌즈를 포함할 수 있다. 프로세서 시스템(300)은 중앙 처리 유닛(CPU)(395)과 같은 중앙 처리 유닛을 포함할 수 있다. CPU(395)는 카메라 기능들 및 하나 이상의 이미지 흐름 기능들을 제어하고 버스(393)와 같은 버스를 통해 하나 이상의 입력/출력(I/O) 디바이스들(391)과 통신하는 마이크로프로세서일 수 있다. 이미징 디바이스(200)는 또한 버스(393)를 통해 CPU(395)와 통신할 수 있다. 시스템(300)은 랜덤 액세스 메모리(RAM; 392) 및 탈착 가능한 메모리(394)를 포함할 수 있다. 탈착 가능한 메모리(394)는 버스(393)를 통해 CPU(395)와 통신하는 플래시 메모리를 포함할 수 있다. 이미징 디바이스(200)는, 단일 집적 회로상에 또는 상이한 칩상에, 메모리 저장 장치와 함께 또는 메모리 저장 장치 없이, CPU(395)와 조합될 수 있다. 버스(393)가 단일 버스로 도시되었지만, 버스(393)는 시스템 구성 요소들과 상호 접속하기 위해 사용된 하나 이상의 버스들 또는 브리지들 또는 다른 통신 경로들일 수 있다.
관통-산화물 비아들을 사용하여 이미징 시스템에서 다수의 다이들에 부착되는 접합 패드들을 갖는 예시적인 이미징 시스템들을 도시하는 다수의 실시예들이 기술되었다. 중앙 처리 유닛, 메모리, 입력-출력 회로를 갖는 시스템은 이미징 디바이스를 포함할 수 있다. 이미징 디바이스, 또는 집적 회로 패키지는 제 1 집적 회로 다이, 제 1 집적 회로 다이에 부착되거나 접합되는 제 2 집적 회로 다이, 제 1 집적 회로 다이상의 접합 패드; 및 제 1 집적 회로 다이상의 접합 패드를 제 2 집적 회로 다이에 연결하는 비아를 포함할 수 있다. 비아는 접합 패드에 접속되는 제 1 단부 및 제 2 집적 회로 다이로 연장하는 제 2 단부를 가질 수 있다. 제 1 및 제 2 집적 회로 다이들은 제 1 및 제 2 금속 상호 접속부들(금속 라우팅 패드들이라고도 불림)을 가질 수 있다. 비아는 제 1 금속 상호 접속부를 제 2 금속 상호 접속부에 연결할 수 있다. 제 1 집적 회로 다이는 얕은 트랜치 분리 구조를 포함할 수 있다. 비아는 얕은 트랜치 분리 구조를 관통하여 형성될 수 있다. 제 1 집적 회로 다이는 이미지 센서 집적 회로를 포함할 수 있고 제 2 집적 회로 다이는 디지털 신호 처리 집적 회로를 포함할 수 있다. 비아 라이너는 비아를 감쌀 수 있다. 비아는 제 1 집적 회로 다이를 관통하여 형성되고 접합 패드에 접촉하는 복수의 비아들 중 하나일 수 있다. 비아들은 원형이거나 직사각형 슬롯들일 수 있다. 제 1 집적 회로는 제 1 집적 회로에서 금속 라우팅 경로들을 관통하여 비아에 연결되는 이미지 센서 화소를 포함할 수 있다.
비아는 제 1 및 제 2 다이들로 연장하는 구멍을 형성하기 위해 선택적인 에칭을 수행하고, 구멍에 도전 물질을 증착하여 구멍에 비아를 형성하고, 제 1 다이상에 접합 패드를 형성하여 비아에 접촉함으로써 형성될 수 있다. 비아는 제 1 다이 및 제 2 다이 사이에 제 1 접속 및 접합 패드와 제 1 다이 사이의 제 2 접속을 동시에 제공할 수 있다. 버퍼층은 선택적인 에칭을 수행하기 전에 제 1 다이상에 증착될 수 있다. 제 1 다이는 실리콘 기판을 포함한다. 구멍을 형성하기 위한 선택적인 에칭은 실리콘 기판을 관통하는 구멍을 형성하기 위해 선택적인 에칭을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 패시베이션 계층은 실리콘 기판에서 구멍을 형성하기 위해 선택적인 에칭을 수행한 후 실리콘 기판의 구멍에 증착될 수 있다. 실리콘 기판의 구멍은 이후 제 1 다이의 얕은 트랜치 분리 구조를 관통하여 형성되고 선택적인 에칭에 의해 제 2 다이로 연장될 수 있다.
전술한 것은 단순히 다른 실시예들에서 실시될 수 있는 본 발명의 원리들의 예시이다.
10 : 이미징 시스템 14 : 렌즈(들)
16 : 이미지 센서(들) 18 : 저장 및 처리 회로
16 : 이미지 센서(들) 18 : 저장 및 처리 회로
Claims (5)
- 집적 회로 패키지에 있어서,
제 1 측(side) 및 대향하는 제 2 측을 갖는 제 1 집적 회로 다이로서, 상기 제 1 집적 회로 다이는 기판 및 제 1 상호 접속층을 포함하고, 상기 제 1 상호 접속층은 상기 제 1 집적 회로 다이의 상기 제 1 측에 배치되는, 상기 제 1 집적 회로 다이;
상기 제 1 집적 회로 다이의 상기 제 1 측에 부착되고 상기 제 1 집적 회로 다이의 상기 제 1 상호 접속층과 마주하는 제 2 상호 접속층을 포함하는 제 2 집적 회로 다이로서, 상기 제 1 집적 회로 다이의 제 1 상호 접속층은 상기 제 1 집적 회로 다이의 기판과 상기 제 2 집적 회로 다이의 제 2 상호 접속층 사이에 배치되는, 상기 제 2 집적 회로 다이;
상기 제 1 집적 회로 다이의 상기 제 2 측 상의, 접합 패드의 주변부를 한정하는 주변 변들을 갖는 상기 접합 패드; 및
상기 접합 패드로부터, 상기 제 1 집적 회로 다이를 통해, 상기 제 2 집적 회로 다이로 연장되는 비아로서, 상기 비아는 상기 접합 패드를 상기 제 1 상호 접속층의 제 1 금속 상호 접속부 및 상기 제 2 상호 접속층의 제 2 금속 상호 접속부에 전기적으로 연결함으로써 접합 패드 접속 및 다이 간 접속 둘 다를 제공하는 단일 비아 구조로서 구성되고, 상기 비아는 상기 접합 패드의 상기 주변 변들 중 하나를 따라 상기 접합 패드에 연결되는, 상기 비아를 포함하는, 집적 회로 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 비아는 상기 접합 패드에 제 1 단부 및 상기 제 2 금속 상호 접속부에 제 2 단부를 갖는, 집적 회로 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 비아는 관통-산화물 비아를 포함하고, 상기 제 1 집적 회로 다이는 얕은 트렌치 분리 구조를 포함하고, 상기 관통-산화물 비아는 상기 얕은 트렌치 분리 구조를 관통하여 형성되는, 집적 회로 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 집적 회로 다이는 이미지 센서 집적 회로를 포함하고, 상기 제 2 집적 회로 다이는 디지털 신호 처리 집적 회로를 포함하는, 집적 회로 패키지. - 제 1 항에 있어서,
상기 비아는 관통-산화물 비아를 포함하고, 상기 집적 회로 패키지는:
상기 관통-산화물 비아를 감싸는 비아 라이너를 추가로 포함하는, 집적 회로 패키지.
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