KR20110077416A - 이미지 센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지 센서는, 기판의 픽셀 영역에 형성된 광신호 검출을 위한 이미지 소자; 상기 기판의 스크라이브 레인을 포함하는 주변 영역에 형성되고, 글래스가 지지되도록 하며, 상기 픽셀 영역 상에 에어 캐비티(air cavity)를 제공하기 위하여 형성된 댐(dam);상기 댐의 측벽에 형성된 반사 패턴; 및 상기 기판 상부에 에어 캐비티가 형성되도록 상기 댐 상에 형성된 커버 글래스를 포함한다.
이미지 센서, WLCSP
Description
실시예는 이미지 센서의 웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
반도체 산업의 주요 추세 중의 하나는 가급적 반도체 소자를 소형화하는 것이다. 소형화의 요구는 특히 반도체칩 패키지 산업에 있어서 두드러지는데, 패키지(package)란 미세회로가 설계된 접적회로 칩을 실제 전자기기에 실장하여 사용할 수 있도록 플라스틱 수지나 세라믹으로 봉한 형태를 말한다.
종래의 전형적인 패키지는 그 안에 내장되어 있는 집적회로 칩에 비하여 훨씬 큰 크기를 갖는다. 따라서 패키지의 크기를 칩 크기 수준으로 축소시키는 것이 패키지 기술자들의 관심사 중이 하나였다.
이와 같은 배경에 의하여 최근에 개발된 새로운 패키지 유형이 바로 칩 스케일 패키지(또는 칩 사이즈 패키지라고도 함)이다. 그 중에서 특히 웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지(Wafer Level Chip Scale Package)는 개별 칩 단위로 패키지 조립을 진행하는 전형적인 패키지 제조방법과 달리 웨이퍼 상태에서 일괄적으로 패키지들 을 조립 및 제조한다는 점에서 특징이 있다.
반도체 집적회로 칩의 발전은 패키지 기술의 발전으로 이어져 지속적으로 고밀도화, 고속화, 소형화 및 박형화가 실현되고 있다.
특히, 패키지 소자의 구조적 측면에서 보면, 핀 삽입형(pin insert type or through hole mount type)에서 표면 실장형(surface mount type)으로 발전하여 회로 기판에 대한 실장 밀도를 높여 왔으며, 최근에는 베어 칩(bare chip) 특성을 패키지 상태에서 그대로 유지하면서도 패키지의 크기를 칩 수준으로 줄일 수 있는 칩 사이즈 패키지(chip size package)에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다.
칩 사이즈 패키지 중에서 특히, 칩 표면에서 칩패드를 재배선(rerouting or redistribution) 한 후 솔더볼들을 형성시킨 유형을 웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지(wafer level chip scale package:WLCSP)라 한다.
WLCSP 공정은 이미지 소자를 포함하는 기판 상에 커버 글래스를 본딩을 위한 댐(dam)을 형성하고 있다.
이러한 댐들이 이미지 소자의 주변영역에 형성되고, 상기 댐으로 인하여 가장자리 영역에 위치하는 포토다이오드의 광 흡수율이 저하될 수 있다.
실시예에서는 WLCSP(Wafer Level Chip Scale Package) 공정에서 댐(dam)의 측면에 도달하는 광을 반사시키고, 이미지 소자의 광 흡수율을 향상시킬 수 있는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지 센서는, 기판의 픽셀 영역에 형성된 광신호 검출을 위한 이미지 소자; 상기 기판의 스크라이브 레인을 포함하는 주변 영역에 형성되고, 글래스가 지지되도록 하며, 상기 픽셀 영역 상에 에어 캐비티(air cavity)를 제공하기 위하여 형성된 댐(dam);상기 댐의 측벽에 형성된 반사 패턴; 및 상기 기판 상부에 에어 캐비티가 형성되도록 상기 댐 상에 형성된 커버 글래스를 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은, 기판의 픽셀 영역에 광신호 검출을 위하여 이미지 소자를 형성하는 단계; 상기 기판의 스크라이브 레인을 포함하는 주변 영역에 글래스가 지지되도록 댐(dam)을 형성하는 단계; 상기 댐의 측벽에 반사 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 픽셀 영역 상부에 에어 캐비티가 형성되도록 상기 댐 상에 커버 글래스를 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따르면, 커버 글래스를 지지하기 위한 댐의 측벽에 반사 패턴이 형성되고, 이미지 소자의 광 흡수율을 향상시킬 수 있다.
즉, 상기 댐의 측면영역으로 도달하는 광을 반사시켜 이미지 센서의 포토다 이오드 영역으로 모아 줌으로써, 댐에 의해 손실되는 광을 보상하고 광 감도를 향상시킬 수 있다.
즉, 댐 형성 후 그 측벽에 반사 패턴을 형성함으로써, 상기 댐의 측벽에 도달하는 광을 반사시키고, 이미지 소자의 포토다이오드를 입사시킬 수 있다.
이에 따라, WLCSP가 적용된 이미지 소자의 수광률이 증가되고, 광감도가 향상될 수 있다.
이하, 실시예에 따른 이미지센서 및 그 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/아래(on/under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/아래는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
도 7 및 도 8은 실시예에 따른 이미지 센서를 나타내는 단면도이다.
실시예에 따른 이미지 센서는, 기판(100)의 픽셀 영역에 형성된 광신호 검출을 위한 이미지 소자(110); 상기 기판(100)의 스크라이브 레인을 포함하는 주변 영역에 형성되고, 글래스가 지지되도록 하며, 상기 픽셀 영역 상에 에어 캐비티(air cavity)를 제공하기 위하여 형성된 댐(dam)(200); 상기 댐(200)의 측벽에 형성된 반사 패턴(225); 및 상기 기판(100) 상부에 에어 캐비티(160)가 형성되도록 상기 댐(200) 상에 형성된 커버 글래스를 포함한다.
상기 기판(100)은 반도체 웨이퍼일 수 있다. 상기 기판(100)은 빛을 감지하 여 빛 에너지를 하나 이상의 전자회로에 의한 또 다른 처리를 위해 전기신호로 변환하는 전자회로들, 광학 센서 또는 감광영역 또는 광학적 액티브 영역을 포함한다.
상기 기판(100)은 상보성 금속 산화막 반도체 소자(complementary metal oxide simiconductor, CMOS) 소자 또는 전하 결합 소자(charge-coupled devicd:CCD)를 포함할 수 있다.
상기 기판(100)은 패드(120)를 포함하고, 상기 패드(120)는 이미지 소자(110)들과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 댐(200)은 상기 픽셀 영역의 양측에 해당하는 상기 기판(100) 상에 배치된다.
상기 댐(200)은 상기 커버 글래스(300)의 하부를 지지할 수 있다.
상기 댐(200)에 의하여 상기 커버 글래스(300) 하부에 해당하는 픽셀 영역에는 에어 캐비티(160)가 제공될 수 있다.
예를 들어, 상기 댐(200)은 접착성 레진(resin)으로 형성될 수 있다.
상기 반사 패턴(225)은 메탈로 형성되고, 상기 반사 패턴(225)에 의하여 상기 댐(200)의 측면에 도달하는 광은 상기 이미지 소자(110)가 형성된 픽셀 영역으로 전달될 수 있다.
따라서, 상기 이미지 소자(110)의 수광량은 증가되고 이미지 특성을 향상시킬 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 댐(200)은 상기 기판(100)의 표면을 노출시 키는 비아홀(210)을 포함하고, 상기 비아홀(210)의 양 측벽에 상기 반사 패턴(225)이 각각 형성될 수 있다.
상기 반사 패턴(225)은 상기 비아홀(210)의 측벽에서 일부 영역에만 형성될 수도 있다. 또는 상기 반사 패턴(225)은 상기 비아홀(210) 측벽의 전체 영역에 형성될 수도 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 기판(100) 후면을 통해 상기 패드(120)와 전기적으로 연결되는 재분배선을 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 재분배선은 범프를 통해 PCB 기판과 결합될 수 있다.
즉, 실시예에 따른 이미지 센서는 웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지(WLCSP) 공정이 적용된 이미지 센서일 수 있다.
실시예에 따른 센서는 커버 글래스를 지지하기 위한 댐의 측벽에 반사 패턴이 형성되고, 이미지 소자의 광 흡수율을 향상시킬 수 있다.
즉, 상기 댐의 측면영역으로 도달하는 광을 반사시켜 이미지 센서의 포토다이오드 영역으로 모아 줌으로써, 댐에 의해 손실되는 광을 보상하고 광 감도를 향상시킬 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 실시예에 따른 이미지 센서의 제조공정을 상세히 설명한다.
도 1을 참조하여, 기판(100) 상에 이미지 소자(110) 및 패드(120)가 형성된다.
상기 기판(100)은 반도체 칩이 실장된 실리콘 웨이퍼 일 수 있다.
상기 이미지 소자(110)는 상기 기판(100)의 픽셀 영역에 형성되고, 빛을 감지하여 빛 에너지를 하나 이상의 전자회로에 의한 또 다른 처리를 위해 전기신호로 변환하는 전자회로들, 광학 센서 또는 감광영역 또는 광학적 액티브 영역을 포함한다.
상기 이미지 소자(110)는 상보성 금속 산화막 반도체 소자(complementary metal oxide simiconductor, CMOS) 소자 또는 전하 결합 소자(charge-coupled devicd:CCD)와 같은 다양한 유형의 기술로 제조된 포토 센서 또는 포토 검출기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 이미지 소자(110)는 포토다이오드, 금속배선층, 컬러필터 및 마이크로 렌즈가 단위픽셀 별로 형성되어 있을 수 있다.
상기 패드(120)는 이미지 소자(110)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 2를 참조하여, 상기 패드(120) 및 이미지 소자(110)를 포함하는 상기 기판(100)의 전면(front side) 상에 댐(dam)(200)이 형성된다.
상기 댐(200)은 상기 기판(100)의 주변 영역에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 댐(200)은 기판(100)의 스크라이브 레인에 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 댐(200)은 접착성 레진을 라미네이팅 공정을 통해 상기 기판(100)의 전면에 도포하고 패터닝 하여 형성될 수 있다.
또는, 상기 댐(200)은 겔(gel) 상태의 접착성 레진을 상기 기판(100) 상에 코팅하고 패터닝하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 상기 댐(200)은 포토레지스트(photorest)와 같은 레진을 상기 기 판(100)의 전면 상에 코팅하고, 포토(photo) 공정 및 알칼리 현상(Alkali developer) 공정을 통해 상기 기판(100)의 픽셀 영역의 주변영역을 둘러쌓도록 형성할 수 있다.
상기 댐(200)은 상기 이미지 소자(110)의 표면이 노출되도록 충분한 높이를 가질 수 있다.
상기 댐(200)은 상기 픽셀 영역 상에 에어 캐비티(air cavity)를 제공하도록 주변 영역에 해당하는 상기 기판(100)에 일정 높이로 형성될 수 있다.
도 3을 참조하여, 상기 댐(200)에 대한 선택적 노광 공정을 통해 비아홀(210)이 형성된다.
상기 비아홀(210)은 상기 댐(200) 상에 노광 마스크를 위치시킨 후 노광(UV exposure) 및 현상(develoment)공정을 진행하여 형성될 수 있다.
상기 노광 마스크(10)는 선택적으로 차광 영역(20)이 형성되어 있고, 상기 차광 영역(20)에 해당하는 상기 댐(200)은 빛을 받지 못하게 된다. 이후, 현상 공정을 진행하면, 상기 노광 마스크(10)의 차광 영역(20)에 해당하는 상기 댐(200)에 비아홀(210)이 패터닝 될 수 있다.
이때, 상기 비아홀(210)은 상기 댐(200)을 일정깊이로 패터닝하여, 상기 비아홀(210) 하부에는 제1 두께(T1)의 댐(200)이 남아있을 수 있다.
도 4를 참조하여, 상기 비아홀(210)을 포함하는 상기 댐(200)의 표면을 따라 반사층(220)이 형성된다.
상기 반사층(220)은 반사도를 가지는 금속물질로 형성될 수 있다. 또는 상기 반사층(220)은 반사도가 높은 절연물질로 형성될 수 있다.
상기 반사층(220)은 스퍼터링(sputter) 공정 또는 증발법(evaporation) 통해 형성될 수 있다.
상기 반사층(220)은 상기 비아홀(210)의 측벽 및 바닥면을 따라 형성될 수 있다.
한편, 상기 반사층(220)을 형성하기 전에 상기 픽셀 영역 상부에는 희생 보호층(50)을 형성하고, 상기 픽셀 영역의 이미지 소자(110)를 보호할 수 있다.
도 5를 참조하여, 상기 비아홀(210)의 측벽에 반사 패턴(225)이 선택적으로 형성된다.
상기 반사 패턴(225)은 상기 반사층(220)에 대한 전면식각 공정을 통해 형성될 수 있다.
따라서, 상기 비아홀(210)의 측벽에만 상기 반사 패턴(225)이 형성되고, 나머지 영역에 해당하는 상기 반사층(220)은 모두 제거될 수 있다.
이후, 상기 희생 보호층(50)도 제거될 수 있다.
도 6을 참조하여, 상기 비아홀(210) 바닥면에 제1 두께(T1)로 남아있는 댐(200)을 제거하고 상기 기판(100)을 노출시킬 수 있다.
상기 제1 두께(T1)로 남아있는 댐(200)의 제거 공정은 상기 비아홀(210) 형성시 사용했던 노광 마스크(10)를 이용하여 진행될 수 있다.
즉, 상기 노광 마스크(10)의 차광 영역(20)이 상기 비아홀(210) 하부의 댐(200)만을 선택적으로 차광하고, 이후 현상 공정을 진행한다.
따라서, 상기 비아홀(210) 하부에 남았던 제1 두께(T1)의 댐(200)이 제거되고, 상기 기판(100)이 노출될 수 있다.
한편, 상기 비아홀(210) 바닥면의 댐에 대한 제거 공정은 진행되지 않을 수도 있다.
도 7을 참조하여, 상기 댐(200)에 의하여 커버 글래스(300)가 상기 기판(100) 상부로 본딩된다.
상기 커버 글래스(300)는 상기 댐(200)의 높이만큼 이격되고, 상기 픽셀 영역의 상부에는 적절한 공간이 유지되도록 에어 캐비티(160)가 제공될 수 있다.
상기 커버 글래스(300)를 지지하기 위한 상기 댐(200)은 픽셀 영역의 이미지 소자(110)가 보호되도록 일정 높이를 가질 수 있다.
일반적으로 댐(200)의 높이에 의하여 상기 이미지 소자(110)로 입사되는 빛은 손실될 수 있다. 실시예에서는 상기 댐(200)의 측벽에 반사 패턴(225)이 형성되어 있으므로, 상기 댐(200)의 높이에 의해 손실될 수 있는 광을 상기 이미지 소자(110)로 입사시킬 수 있다.
이에 따라, 이미지 소자(110)의 수광률을 증가시키고, 광 감도를 향상시킬 수 있다.
도 8은 상기 댐(200)에 비아홀(210)을 형성하지 않고, 상기 댐(200)의 측벽에 선택적으로 반사 패턴(225)이 형성된 것을 예시한 도면이다.
즉, 상기 댐(200) 형성 후 그 측벽에 반사 패턴(225)을 형성할 수 있다.
따라서, 상기 댐(200)의 측벽에 도달하는 광을 반사시키고, 이미지 소 자(110)의 포토다이오드로 입사시킬 수 있다.
이에 따라, 상기 이미지 소자의 수광률이 증가되고, 광감도가 향상될 수 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 커버 글래스(300)를 형성한 다음 이미지 센서의 WLCSP 공정이 진행될 수 있다. 즉, 상기 기판(100)의 후면을 통해 관통 실리콘 비아홀(through silicon via)이 형성된다. 그리고, 상기 관통 실리콘 비아홀 내부에 재분배선(redistribution layer)을 형성하고, 솔더링 범프에 의하여 PCB 회로기판이 장착될 수 있다.
실시예에 의하면, 커버 글라스를 지지하는 댐의 측벽에 반사 패턴을 형성하고, 상기 이미지 소자의 수광량을 증가시킬 수 있다.
본 발명은 기재된 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 청구항의 권리범위에 속하는 범위 안에서 다양한 다른 실시예가 가능하다.
도 1 내지 도 8은 실시예에 따른 이미지 센서의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
Claims (11)
- 기판의 픽셀 영역에 형성된 광신호 검출을 위한 이미지 소자;상기 기판의 스크라이브 레인을 포함하는 주변 영역에 형성되고, 글래스가 지지되도록 하며, 상기 픽셀 영역 상에 에어 캐비티(air cavity)를 제공하기 위하여 형성된 댐(dam);상기 댐의 측벽에 형성된 반사 패턴; 및상기 기판 상부에 에어 캐비티가 형성되도록 상기 댐 상에 형성된 커버 글래스를 포함하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 반사 패턴은 반사도를 가지는 금속 및 절연막으로 형성된 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 댐은 상기 기판의 표면을 노출시키는 비아홀을 포함하고,상기 비아홀의 양 측벽에 상기 반사 패턴이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 댐은 접착성 레진(resin)으로 형성된 것을 포함하는 이미지 센서.
- 기판의 픽셀 영역에 광신호 검출을 위하여 이미지 소자를 형성하는 단계;상기 기판의 스크라이브 레인을 포함하는 주변 영역에 글래스가 지지되도록 댐(dam)을 형성하는 단계;상기 댐의 측벽에 반사 패턴을 형성하는 단계; 및상기 픽셀 영역 상부에 에어 캐비티가 형성되도록 상기 댐 상에 커버 글래스를 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 댐은 상기 픽셀 영역 상에 에어 캐비티(air cavity)를 제공하도록 주변 영역에 해당하는 상기 기판에 형성되고, 접착성을 가지는 레진(resin)으로 형성되는 이미지 센서의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 반사 패턴은 상기 댐의 측벽에만 선택적으로 금속물질을 증착하여 형성되는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 반사 패턴을 형성하는 단계는,상기 댐에 대한 선택적 노광 공정을 통해 비아홀을 형성하고, 상기 비아홀 하부에 상기 댐을 제1 높이로 남기는 단계;상기 비아홀을 포함하는 댐의 표면을 따라 반사층을 형성하는 단계;상기 반사층에 대한 전면식각공정을 통하여 상기 비아홀의 측벽에 반사 패턴을 형성하는 단계; 및상기 반사 패턴을 마스크로 하는 노광공정을 통해 상기 비아홀 내부의 제1 높이에 해당하는 댐을 제거하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 반사 패턴은 메탈로 형성되는 것을 포함하는 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 반사 패턴은 스퍼터링(sputter) 공정 또는 증발법(evaporation) 통해 형성되는 이미지 센서의 제조방법.
- 제5항에 있어서,상기 커버 글래스 형성 후 WLCSP(Wafer level Chip Scale Package) 공정을 진행하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103996659A (zh) * | 2014-05-15 | 2014-08-20 | 华进半导体封装先导技术研发中心有限公司 | 图像传感器玻璃腔壁的制作方法 |
| KR20200127449A (ko) * | 2019-05-02 | 2020-11-11 | 삼성전기주식회사 | 이미지 센서 패키지 |
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2009
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