[go: up one dir, main page]

CN101494232A - 背照式固态图像拾取器件及使用该器件的相机模块 - Google Patents

背照式固态图像拾取器件及使用该器件的相机模块 Download PDF

Info

Publication number
CN101494232A
CN101494232A CNA2008101282993A CN200810128299A CN101494232A CN 101494232 A CN101494232 A CN 101494232A CN A2008101282993 A CNA2008101282993 A CN A2008101282993A CN 200810128299 A CN200810128299 A CN 200810128299A CN 101494232 A CN101494232 A CN 101494232A
Authority
CN
China
Prior art keywords
image pickup
surface side
semiconductor substrate
pixel section
solid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2008101282993A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101494232B (zh
Inventor
松尾美惠
幸山裕亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of CN101494232A publication Critical patent/CN101494232A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101494232B publication Critical patent/CN101494232B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/804—Containers or encapsulations
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/18—High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/23—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process
    • H01L24/24—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process of an individual high density interconnect connector
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/57—Mechanical or electrical details of cameras or camera modules specially adapted for being embedded in other devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/199—Back-illuminated image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/12—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/13—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors prior to the connecting process of an individual bump connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484—Connecting portions
    • H01L2224/48463—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond
    • H01L2224/48465—Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond the other connecting portion not on the bonding area being a wedge bond, i.e. ball-to-wedge, regular stitch
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/12—Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1204—Optical Diode
    • H01L2924/12043—Photo diode

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

本发明公开了背照式固态图像拾取器件及使用该器件的相机模块，其包括在半导体衬底上提供并且其中布置有每一个均具有光电转换元件和场效应晶体管的多个像素的图像拾取像素区段，和用于该图像拾取像素区段的外围电路区段。驱动图像拾取像素区段中的场效应晶体管的互连层在半导体衬底的第一表面侧形成。光电转换元件的光接收表面位于半导体衬底的第二表面侧。该固态图像拾取器件包括从半导体衬底的第二表面侧暴露的第一端子，和电连接到第一端子并且可连接到半导体衬底第一表面侧的外部器件的第二端子。

Description

背照式固态图像拾取器件及使用该器件的相机模块
相关申请的交叉引用
本申请基于2007年7月6日提交的在先日本专利申请No.2007-178987并要求该专利申请的优先权，这里通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域
本发明涉及背照式固态图像拾取器件，其包括在半导体芯片的背侧提供的光电转换元件的光接收表面，和使用该固态图像拾取器件的相机模块。
背景技术
近年来，视频摄影机和电子照相机已经流行。这些相机中使用CCD或放大固态图像拾取器件。放大固态图像拾取器件(CMOS图像传感器)具有由二维地布置在一个半导体芯片上的多个像素组成的图像拾取像素区段(pixel section)，和位于该图像拾取像素区段外面的外围电路区段。图像拾取像素区段的像素中提供有用于传输放大等的各种MOS晶体管。进入每个像素的光被光电二极管进行光电转换以便生成信号电荷。传输晶体管和放大晶体管将信号电荷转换成电信号并将电信号放大以便通过信号线将信号从像素输出到外围电路区段。
在如上所述配置的固态图像拾取器件中，为了增大光电二极管的数值孔径(入射到光电二极管上的光与入射到像素上的光的比)，每个像素用微透镜使穿过互连之间的光电二极管上的入射光会聚。但是，在这种情况下，微透镜会聚的光被来自光电二极管的信号互连部分地屏蔽。这可以造成以下问题。
(1)由于光被互连部分屏蔽，所以灵敏度降低。
(2)被互连屏蔽的光被部分反射并进入相邻像素的光电二极管，导致混色。
(3)互连布局受到限制，并且FET的特性因诸如妨碍互连放置在光电二极管上和阻止厚的互连通过等限制而退化。
(4)由于与(3)中类似的原因而难以小型化。
(5)光可能倾斜着进入外围区域中的像素并增加反射，而且在靠近周边的区域中出现更暗的阴影。
(6)尝试使用互连层的数目进一步增加的先进工艺制造CMOS图像传感器时，从微透镜到光电二极管的距离增加，而且如上所述的这种困难变得更严重。
(7)(6)抑制了库在先进CMOS工艺中的使用，而且库中记录的电路布局需要修改或互连层受到限制，因此增加所需面积。这增加成本和每个像素的面积。
为了解决这些问题，最近已经提出了背照式固态图像拾取器件，其包括在半导体芯片的背侧提供的光电二极管的光接收表面(例如，参见日本专利No.3722367)。
但是，用背照式固态图像拾取器件，当用测试仪测试晶片制造得怎么样时，无法在晶片级测试图像。也就是说，使用通常的CMOS图像传感器，在晶片上形成滤色器和芯片内微透镜，并且用光照射光接收表面。通过在外围电路区段形成的焊盘获得信号以便检查图像。但是，用背照式，晶片没有背侧(光接收表面)上的测试焊盘。因此，需要在互连所形成的芯片前表面侧提供电极。因此，难以用光照射CMOS图像传感器以便进行晶片级图像测试。结果，将晶片切成单个片，并随后执行安装步骤以便形成相机模块供测试使用。因此，生产效率下降。
发明内容
本发明的一个方面提供固态图像拾取器件，其包括在半导体衬底上提供并且其中布置有每一个均具有光电转换元件和场效应晶体管的多个像素的图像拾取像素区段、和用于图像拾取像素区段的外围电路、驱动图像拾取像素区段中的场效应晶体管的互连层形成在半导体衬底的第一表面侧、光电转换元件的光接收表面位于半导体衬底第二表面侧，该固态图像拾取器件进一步包括从半导体衬底的第二表面侧暴露的第一端子，和电连接到第一端子并且可连接到半导体衬底第一表面侧的外部器件的第二端子。
本发明的一个方面提供固态图像拾取器件，其包括在半导体衬底上提供并且其中布置有每一个均具有光电转换元件和场效应晶体管的多个像素的图像拾取像素区段、和用于图像拾取像素区段的外围电路、驱动图像拾取像素区段中的场效应晶体管的互连层形成在半导体衬底的第一表面侧、光电转换元件的光接收表面位于半导体衬底第二表面侧，该固态图像拾取器件进一步包括位于半导体衬底的第一表面侧并从半导体衬底的第二表面侧暴露的焊盘电极，其中在半导体衬底第一表面侧的焊盘电极上形成焊盘开口。
本发明的一个方面提供包括固态图像拾取器件的相机模块，该固态图像拾取器件包括其中布置有每一个均具有光电转换元件和场效应晶体管的多个像素的图像拾取像素区段、和用于该图像拾取像素区段的外围电路、驱动图像拾取像素区段中的场效应晶体管的互连层形成在半导体衬底第一表面侧、光电转换元件的光接收表面位于半导体衬底的第二表面侧，该固态图像拾取器件进一步包括从半导体衬底的第二表面侧暴露的第一端子，和在半导体衬底的第一表面侧形成并电连接到第一端子和互连层的第二端子，该相机模块进一步包括将入射光会聚在光电转换元件的光接收表面上的透镜、部件的一个表面上安装有半导体衬底的第一表面侧并且部件的另一表面上提供有外部连接端子的部件、和在该部件上形成以便从安装着半导体衬底的第一表面侧延伸到另一表面侧的互连，该互连电连接到外部连接端子。
附图说明
图1是相机模块结构的剖视图，其图解本发明的第一实施方案；
图2是电路图，其示出图1所示相机模块中传感器芯片的一般结构的示例。
图3是放大的剖视图，其详细地示出图1所示相机模块的一部分；
图4是制造相机模块的第一工艺的剖视图，其图解依照本发明的实施方案制造半导体器件的方法；
图5是制造相机模块的第二工艺的剖视图；
图6是制造相机模块的第三工艺的剖视图；
图7是制造相机模块的第四工艺的剖视图；
图8是制造相机模块的第五工艺的剖视图；
图9是制造相机模块的工艺的第一流程图，其图解依照本发明的实施方案制造半导体器件的方法；
图10是制造相机模块的工艺的第二流程图，其图解依照本发明的实施方案制造半导体器件的方法；和
图11相机模块的部分剖面立视图，其图解本发明的第二实施方案。
具体实施方式
【第一实施方案】
图1是相机模块结构的剖视图，其图解本发明的第一实施方案。该模块具有透镜单元11、和覆盖玻璃(cover glass)12、背照式CMOS传感器芯片32、和在透镜单元11下方提供的无源元件芯片(电阻器、电容器等等)14。该模块还具有在底面上作为外部连接端子形成的焊球15-1、15-2......。
如图所示，在传感器芯片32中提供图像拾取像素区段41和用于图像拾取像素区段41的外围电路区段。像素42-11、42-12......42-nm以m×n二维阵列布置在图像拾取像素区段41中。这里，详细地示出来自图像拾取像素区段41的四个像素。垂直信号线VLIN1、VLIN2、VLIN3......连接到图像拾取像素区段41中的各个像素列。
像素42-11、42-12......42-nm中的每一个均包括四个场效应晶体管(行选择晶体管Ta、放大晶体管Tb、复位晶体管Tc、和读晶体管Td)和充当光电转换元件的光电二极管PD。例如，在像素42-11中，晶体管Ta和Tb的电流路径在电源VDD与垂直信号线VLIN1之间串联。将地址脉冲(address pulse)ADRES1提供给晶体管Ta的栅。晶体管Tc的电流路径连接到电源VDD与晶体管Tb的栅(检测区(detecting section)FD)之间。复位脉冲RESET1提供给晶体管Tc的栅。晶体管Td的电流路径的一端连接到检测区FD。读脉冲READ1提供给晶体管Td的栅。光电二极管PD的阴极连接到晶体管Td的电流路径的另一端。光电二极管PD的阳极接地。
响应读脉冲READ1，由光电二极管PD产生的信号电荷通过读晶体管Td的电流路径提供给检测区FD。来自检测区FD的信号电荷被放大晶体管Tb转换成电信号，该放大晶体管Tb随后将电信号放大。当地址脉冲ADRES1选择行选择晶体管Ta时，电源VDD向垂直信号线VLIN1提供与信号电荷量相应的电流。一旦读操作完成，响应复位脉冲RESET1，来自检测区FD的信号电荷被复位晶体管Tc复位。
外围电路区段具有驱动电路，其选择并驱动图像拾取像素区段41、处理图像拾取像素区段41输出的像素信号的信号处理电路、和保持来自信号处理电路的数据的数据保持电路。
垂直选择电路43充当驱动电路，该驱动电路向图像拾取像素区段41中的像素提供诸如地址脉冲ADRES1、ADRES2......、复位脉冲RESET1、RESET2......、和读脉冲READ1、READ2......的像素驱动脉冲信号以便选择和驱动像素行。
在图像拾取像素区段41中，在每个垂直信号线VLIN1、VLIN2、VLIN3......的一端与接地点之间提供有负载电路44。偏置电路45向负载电路44施加偏压VTL。偏压VTL设置流过垂直信号线VLIN1、VLIN2、VLIN3......的电流总量。
在每个垂直信号线VLIN1、VLIN2、VLIN3......的另一端提供信号处理电路46和数据保持电路47。信号处理电路46包括相关双重取样(CDS)电路48和模拟-数字转换器(ADC)49。该模拟-数字转换器49执行从图像拾取像素区段41中的每个像素被读到相应的一个垂直信号线VLIN1、VLIN2、VLIN3......上的数据的模拟-数字转换。相关双重取样电路48执行读出数据的模拟-数字转换期间的噪声消减操作。
数据保持电路47包括锁存电路50、线存储器51、和水平位移寄存器电路52。数据保持电路47保持由信号处理电路46进行信号处理产生的数字数据。锁存电路50锁存由模拟-数字转换器49执行转换产生的数字数据。水平位移寄存器电路52顺序地传输锁存在锁存电路50中的数字数据。线存储器51存储锁存的数字数据并将数据作为输出信号OUT输出到传感器芯片32的外部。
以下操作由时序发生器53输出的时序信号控制：由垂直选择电路43在图像拾取像素区段41上执行的选择和驱动操作、信号处理电路46的操作、数据保持电路47的操作，等等。
在上述结构中，驱动图像拾取像素区段41中每个像素中的场效应晶体管Ta、Tb、Tc、和Td的互连层在图1中传感器芯片(传感器衬底)的前表面侧(第一表面侧)形成。光电二极管PD的光接收表面位于传感器芯片32的背侧(第二表面侧)。进入透镜单元11的光通过覆盖玻璃12冲击在传感器芯片32中形成的光电二极管PD的光接收表面。
光屏蔽膜(light shielding film)(未示出)在与光接收表面的光接收区域相联系的传感器芯片32的背侧形成。此外，传感器芯片32具有能从正侧和背侧中的任何一侧测试的第一端子和第二端子。第一端子在传感器芯片32的背表面上形成以便从传感器芯片32暴露。第二端子在传感器芯片32的前表面上形成并电连接到第一端子。第二端子可以连接到外部器件。
图3是放大的剖视图，其示出图1中虚线围绕的相机模块的区域100。传感器芯片减薄到至多约10μm的厚度。在传感器芯片32背侧的光接收表面上提供有滤色器/微透镜16。Al焊盘17和Ni凸块18(bump)在传感器芯片32的前表面侧作为电极形成。背表面侧开口在与Al焊盘17和Ni凸块18相对应的传感器芯片32的位置处形成。从背表面侧开口暴露的一部分Al衬垫17充当第一端子。位于芯片前表面侧并与Al焊盘17相对应的Ni凸块18充当第二端子。
坝障(dam)(粘合剂)19在不同于图像拾取像素区段41的所需区域(这里为包含电极的外围电路区段)中形成。坝障19用于将覆盖玻璃12粘结到传感器芯片32的背侧。图像拾取像素区段41具有空心结构以便维持图像拾取像素区段41与透镜材料(lend material)之间折射率的差异。但是，这部分可以填充折射率比微透镜材料低的材料。覆盖玻璃12还起到防止污垢和灰尘粘附到光接收区段的作用。在安装互连以便允许将第二端子连接到外部器件的步骤中，覆盖玻璃12有效地保护第二端子没有污垢或不受损伤并增加减薄的传感器芯片32的机械强度。
钝化膜13A和绝缘层20在传感器芯片32的前表面上形成。无源元件芯片14通过粘结层21安装在绝缘层20上。无源元件芯片14的周边覆盖有树脂层(绝缘部件)23。Al焊盘27和Ni凸块28也在无源元件芯片14上作为电极形成。形成用于树脂层23的Cu互连25以便将传感器芯片32连接到无源元件芯片14。Cu互连25如此形成使得从树脂层(绝缘部件)23的安装着传感器芯片32的一个表面侧通过通孔延伸到另一表面侧。另一表面侧覆盖有阻焊剂26。Cu互连25将传感器芯片32电连接到无源元件芯片14。焊球15通过Al/Ni焊盘电镀层22连接到未被阻焊剂26覆盖的树脂层23另一表面上的一部分Cu互连25。
下面将描述图3所示图像拾取器件的尺寸的实施例。从树脂层23底面到坝障19顶面的厚度D1为180μm。从树脂层23底面到无源元件芯片14前表面的厚度D1A为25μm。无源元件芯片14的厚度为70μm。粘结层21的厚度为25μm。这些厚度的和D1B为95μm。此外，传感器芯片32的厚度D1C(包括钝化膜13A和绝缘层20)至多为10μm。其中形成图像拾取器件的Si层的厚度为4μm。坝障的厚度D1D为50μm。此外，覆盖玻璃12的厚度D2为300至400μm。
根据如上所述构造的背照式固态图像拾取器件和相机模块，可以用Al焊盘17可以在晶片级测试外围电路区段。可以通过用光照射光接收表面和使用暴露在被表面侧开口中的那部分Al焊盘17在晶片级测试图像拾取像素区段。这样，可以在晶片级测试背照式固态图像拾取器件，有助于测试。
现在，将参照图4至8的剖面图及图9和10描述制造图1至3中所示相机模块的工艺。
首先，用众所周知的CMOS工艺在晶片上形成背照式CMOS传感器13。CMOS传感器13具有图像拾取像素区段和用于该图像拾取像素区段的外围电路区段。像素以二维阵列形式布置在图像拾取像素区段中。每个像素包括场效应晶体管和光电二极管。外围电路区段具有驱动电路，该驱动电路选择并驱动图像拾取像素区段、处理由图像拾取像素区段输出的像素信号的信号处理电路、和保持来自信号处理电路的数据的数据保持电路。在传感器13的前表面侧提供互连层以便驱动图像拾取像素区段中的场效应晶体管。在传感器13的背侧提供每个光电转换元件的光接收表面。
可以用SOI晶片形成传感器13，以便保证在随后减薄晶片的过程中晶片有均匀厚度。埋置氧化物层(BOX)的厚度取决于背减薄工艺，但可以是例如约200nm。这是因为该厚度优选地保证硅与硅氧化膜的适当的蚀刻选择比(etching selection ratio)。BOX上的Si可以具有光接收所需的厚度，并且该厚度至多为10μm。
作为硅工艺的最后一步，形成组成绝缘层20的光敏聚酰亚胺，并在前表面侧上的Al焊盘17上的绝缘膜20和钝化膜13A中形成开口以便暴露外围电路区段(步骤1)。随后，用Al焊盘17对外围电路区段进行晶片级功能测试(步骤2)。这时，图像拾取像素区段位于互连层下面，阻止光接收区段被测试。因此，外围电路区段接经历功能测试以便检查CMOS工艺执行得怎么样。如果外围电路区段在测试中不工作，则将器件确定为有缺陷并抛弃或做标记以便不供应给随后的工艺。
随后，对于通过测试的晶片，在前表面侧上的Al焊盘17上形成薄凸块(Ni凸块)18(步骤3)。在这种情形中，用无电电镀法形成厚度为5μm的Ni。Ni的厚度可以适合于允许Ni在激光加工期间充当停止层(stopper)。
然后，如图4所示，通过粘结层22在传感器13的前表面侧安装无源元件芯片14(步骤4)。将树脂层压在无源元件芯片14和粘结层21上(步骤5)并压紧以使其变平(步骤6)。这样形成的树脂层2充当用于减薄的传感器13的支持部件。在这一步骤中，只要保持随后的背侧研磨步骤所需的平面度。这样，树脂层2的厚度可以改变例如约1μm。
然后，如图5所示，机械研磨传感器13的背侧并通过BSG(背侧研磨)和干抛光减薄(步骤7)。这时，Si的厚度理想地至多为约50μm。
随后，湿法蚀刻研磨表面的上的硅(步骤8)。如果使用SOI晶片，将硅蚀刻到BOX。在这种情形中，留在BOX上的硅的厚度为4μm，并且因此保留BOX。这一蚀刻步骤不限于湿法蚀刻，而是可以是干法蚀刻。在这种情形中，优选调整蚀刻条件以便提供SiO2与Si的适当蚀刻选择比。然后用不同的蚀刻剂减薄BOX。
随后，如图6所示，对准前表面侧上的图案。通过光刻工艺在减薄的Si的背侧形成光屏蔽膜和滤色器/微透镜16(步骤9)。
然后，为了允许从形成滤色器/微透镜16的背侧进行测试，传感器13被从背侧蚀刻以致到达前表面侧上的Ni凸块18。由此背表面侧开口形成在能从背侧测试的端子(Al焊盘17)中(步骤10)。可以用通过作为掩膜的微透镜材料等的激光烧蚀或干法蚀刻形成背表面侧开口，背表面侧电极通过该开口暴露。
然后，用在背表面侧开口中暴露的Al焊盘17对图像拾取像素区段进行图像测试(步骤11)。参考光从图6的顶部照射到图像拾取像素区段上。从Al焊盘17获得图象信号并进行检查。在测试期间，可以升高或降低温度以供检查使用。这些测试可以用标准晶片级的测试仪执行。作为替换，可以预先建立与安装在前表面侧的无源元件芯片14的连接以便允许测试包括无源元件的电路。只有在这时提供理想成品率的晶片才供应给下个制造步骤。
然后，如图7所示，在传感器13上除光接收区段之外的部分形成称为坝障19的粘合剂(步骤12)。将在晶片级形成的覆盖玻璃2粘结到坝障19(步骤13)。在这种情形中，坝障19理想地具有约50μm的高度。然后，光接收区段具有空心结构以便提供比微透镜材料折射率更低的折射率。这实现微透镜的聚光效果的最大化。作为替换，空心部分可以填充提供折射率比微透镜材料更低的材料。此外，当坝障粘合剂被形成为使得封闭之前在被表面侧电极中形成的背表面侧开口(衬底通孔)时，坝障粘合剂能保护背表面侧电极。
最后，如图8所示，用激光熔化并蒸发树脂层23以便形成从传感器13的前表面侧延伸到Ni凸块18的开口(步骤14)。同时，在无源元件芯片14上的端子中形成开口，并形成将开口连接在一起的互连25(步骤15)。对于互连25，湿法蚀刻树脂层23的前表面之后，通过无电电镀遍布树脂层23的所有表面形成Cu，并通过电解电镀用最终形成的籽晶层形成Cu。然后用光刻形成图案。随后，形成阻焊剂26并图案化(步骤16)。对要形成焊球15的区域进行Au/Ni焊盘电镀(步骤17)。在Au/Ni焊盘电镀层22上安装焊料15(步骤18)。
随后，用切片机将晶片切成单个片(步骤19)。用安装在最终形成的芯片的前表面侧的焊球15对各个固态图像拾取器件进行最后测试(步骤20)。然后，在固态图像拾取器件上安装透镜单元11以便组装(步骤21)。
用上述制造方法，在制造工艺期间，首先从传感器13的前表面侧测试外围电路区段。随后，在背侧形成微透镜等，然后测试图像拾取像素区段。这样，可以轻易地测试晶片级相机模块(WLCM)。此外，通过切割将晶片切成片以便形成传感器芯片32，然后对固态图像拾取器件进行最后测试。这样，只有在每个上述步骤中被确定为可接受的晶片才能经历随后的制造步骤。结果，可以在消除浪费的情况下高效并廉价地制造相机模块，允许提高制造效率。
用上述的制造方法，形成用于传感器13的背表面侧开口，并将前表面侧端子暴露在背表面侧开口中以便能够在背侧上提供电极。但是，连接到外围电路区段的金属插塞(metal plug)可以埋在传感器13中，并且可以通过BSG使金属插塞的适当部分从传感器13的背侧暴露并用作测试端子。
【第二实施方案】
图11是相机模块的部分剖面立视图，其图解本发明的第二实施方案。在相机模块中，传感器芯片2安装在安装衬底31(板上芯片[COB])上.在芯片32光接收表面上形成的第一端子(与图3中的Al焊盘17对应)通过引线接合连接到安装衬底31。无源元件芯片33表面安装在芯片32周边上的安装衬底31上。在传感器芯片32上提供覆盖玻璃34。在覆盖玻璃34上提供透镜单元35。这样，进入透镜单元35的光通过覆盖玻璃34被会聚到传感器芯片32中光电转换元件的光接收表面。
在这种结构中，将第一端子(在如图3所示Al焊盘17中的背表面开口中暴露的那部分Al焊盘17)用于图像拾取像素区段41上的图像测试。安装传感器芯片32时，也将第一端子用作接合焊盘。另一方面，在制造工艺期间在晶片状态下将第二端子(Al焊盘17的底面)用于外围电路区段上的功能测试。
因此，上述结构也能发挥基本上与第一实施方案类似的效果。但是，第二实施方案包括比第一实施方案大的安装区。因此，可以依照要求的规格、安装设施等等选择第一和第二实施方案中的一个。
(变体)
在第一和第二实施方案的说明中，例如，需要相对大的图案占有面积的电阻器、电容器等等在与传感器芯片32安装在一起的无源元件芯片14或33中形成。但是，当然，无源元件可以集成到传感器芯片32中。此外，诸如DSP的有源元件芯片，代替无源元件芯片14或33，可以与传感器芯片32安装在一起，或者，诸如DSP的有源元件可以集成到传感器芯片32中。
此外，在描述的实施例中，像素42-11、42-12......42-mn中的每一个均包括四个场效应晶体管和一个光电二极管PD。但是，可以提供不同的结构，并且外围电路区段的结构、用于驱动像素的互连的构造等等不限于上述实施例。
此外，在上述实施例中，像素以m×n二维阵列布置在图像拾取像素区段中。但是，本发明适合于像素交错的结构。
如上所述，依照本发明的第一方面的固态图像拾取器件包括在半导体衬底上提供的图像拾取像素区段和用于该图像拾取像素区段的外围电路区段，该图像拾取区段具有多个像素的阵列，每个像素都具有光电转换元件和场效应晶体管，驱动图像拾取像素区段中的场效应晶体管的互连层形成在半导体衬底的第一表面侧、光电转换元件的光接收表面位于半导体衬底第二表面侧，该固态图像拾取器件进一步包括从半导体衬底的第二表面侧暴露的第一端子，和电连接到第一端子并且可连接到半导体衬底第一表面侧的外部器件的第二端子。
依照本发明的第二方面的固态图像拾取器件包括在半导体衬底上提供的图像拾取像素区段和用于该图像拾取像素区段的外围电路区段，该图像拾取区段具有多个像素的阵列，每个像素均具有光电转换元件和场效应晶体管，驱动图像拾取像素区段中的场效应晶体管的互连层形成在半导体衬底第一表面侧、光电转换元件的光接收表面位于半导体衬底第二表面侧，该固态图像拾取器件进一步包括位于半导体衬底第一表面侧并从半导体衬底的第二表面侧暴露的焊盘电极，其中在半导体衬底的第一表面侧的焊盘电极上形成焊盘开口。
依照本发明第三方面的相机模块包括固态图像拾取器件，其包括其中布置有每一个均具有光电转换元件和场效应晶体管的多个像素的图像拾取像素区段，和用于图像拾取像素区段的外围电路区段、驱动图像拾取像素区段中的场效应晶体管的互连层形成在半导体衬底第一表面侧、光电转换元件的光接收表面位于半导体衬底的第二表面侧，该相机模块进一步包括将入射光会聚到光电转换元件的光接收表面的透镜、部件的一个表面上安装有半导体衬底的第一表面侧并且部件的另一表面上提供有外部连接端子的部件、和在该部件上形成以便从安装着半导体衬底的一个表面侧延伸到另一表面侧的互连，该互连电连接到外部连接端子，该固态图像拾取器件进一步包括从半导体衬底的第二表面侧暴露的第一端子，和在半导体衬底的第一表面侧形成并电连接到第一端子和互连层的第二端子。
依照本发明的第四方面制造半导体器件的方法包括：形成固态图像拾取器件，该固态图像拾取器件包括其中布置有每一个均具有光电转换元件和场效应晶体管的多个像素的图像拾取像素区段、和用于该图像拾取像素区段的外围电路区段、驱动图像拾取像素区段中的场效应晶体管的互连层形成在半导体衬底第一表面侧、光电转换元件的光接收表面位于半导体衬底的第二表面侧；从半导体衬底的第一表面侧测试外围电路区段；然后，在测试外围电路区段之后，减薄半导体衬底的第二表面侧以便从半导体衬底的第二表面侧暴露第一端子；在半导体衬底的减薄的第二表面上与光电转换元件的光接收表面相对应的位置处，形成会聚入射光的透镜；和在形成透镜之后，用从半导体衬底的第二表面侧暴露的第一端子测试图像拾取像素区段。
此外，在第四方面，该方法进一步包括在测试图像拾取像素区段之后，将半导体衬底分成单个片并对单个化的半导体衬底中的每一个进行固态图像拾取器件测试。
本发明的一个方面提供有助于测试的固态图像拾取器件和使用该固态图像拾取器件的相机模块。
本发明的一个方面提供制造半导体器件的方法，其允许提高制造效率。
本领域的技术人员将很容易想到另外的优点和修改。所以，本发明在其更广泛的方面不限于此处所示和描述的具体细节和代表性实施方案。因此，可以在不脱离所附权利要求及其等效物规定的一般发明构思的精神或范围的情况下进行各种修改。

Claims (20)

1.一种固态图像拾取器件，其包括：
图像拾取像素区段和用于该图像拾取像素区段的外围电路区段，图像拾取像素区段提供在半导体衬底上并且其中布置有多个像素，多个像素的每一个均具有光电转换元件和场效应晶体管，驱动图像拾取像素区段中的场效应晶体管的互连层形成在半导体衬底的第一表面侧上，光电转换元件的光接收表面位于半导体衬底的第二表面侧上；
从半导体衬底的第二表面侧暴露的第一端子；和
电连接到第一端子并且可连接到半导体第一表面侧的外部器件的第二端子。
2.如权利要求1所述的固态图像拾取器件，其中第一端子是在半导体衬底的第一表面侧形成的焊盘的一部分，该部分暴露在第二表面侧的开口中。
3.如权利要求2所述的固态图像拾取器件，其中第二端子是在半导体衬底第一表面侧上的焊盘上形成的凸块。
4.如权利要求1所述的固态图像拾取器件，其中外围电路区段包括被配置为选择并驱动图像拾取像素区段的驱动电路、被配置为对图像拾取像素区段输出的像素信号执行信号处理的信号处理电路、和被配置为保持从信号处理电路获得的数据的数据保持电路。
5.如权利要求4所述的固态图像拾取器件，其中驱动场效应晶体管的互连层包括传输由驱动电路提供给图像拾取像素区段的地址脉冲、复位脉冲、和读脉冲中的至少一个的互连层。
6.如权利要求1所述的固态图像拾取器件，其中从半导体衬底的第一表面侧对外围电路区段进行功能测试，并且在用参考光照射光接收表面的情况下用第一端子对图像拾取像素区段进行图像测试。
7.一种固态图像拾取器件，其包括：
图像拾取像素区段和用于该图像拾取像素区段的外围电路区段，图像拾取像素区段提供在半导体衬底上并且其中布置有多个像素，多个像素的每一个均具有光电转换元件和场效应晶体管，驱动图像拾取像素区段中的场效应晶体管的互连层形成在半导体衬底第一表面侧上、光电转换元件的光接收表面位于半导体衬底的第二表面侧上；
焊盘电极，其位于半导体衬底的第一表面侧上并从半导体衬底的第二表面侧暴露，
其中在半导体衬底第一表面侧上的焊盘电极上形成焊盘开口。
8.如权利要求7所述的固态图像拾取器件，其中外围电路区段包括被配置为选择并驱动图像拾取像素区段的驱动电路、被配置为对图像拾取像素区段输出的像素信号执行信号处理的信号处理电路、和被配置为保持从信号处理电路获得的数据的数据保持电路。
9.如权利要求8所述的固态图像拾取器件，其中驱动场效应晶体管的互连层包括传输由驱动电路提供给图像拾取像素区段的地址脉冲、复位脉冲、和读脉冲中的至少一个的互连层。
10.如权利要求7所述的固态图像拾取器件，其中在用参考光照射光接收表面的情况下，用焊盘电极通过焊盘开口从半导体衬底的第一表面侧对外围电路区段进行功能测试，并且用从半导体衬底暴露的焊盘电极的一部分对图像拾取像素区段进行图像测试。
11.一种相机模块，其包括：
固态图像拾取器件，其包括图像拾取像素区段、和用于图像拾取像素区段的外围电路，图像拾取像素区段中布置有多个像素，多个像素的每一个均具有光电转换元件和场效应晶体管，驱动图像拾取像素区段中的场效应晶体管的互连层形成在半导体衬底的第一表面侧上，光电转换元件的光接收表面位于半导体衬底的第二表面侧上，该固态图像拾取器件进一步包括从半导体衬底的第二表面侧暴露的第一端子，和在半导体衬底的第一表面侧上形成并电连接到第一端子和互连层的第二端子；
透镜，其将入射光会聚在光电转换元件的光接收表面上；
一部件，该部件的一个表面上安装有半导体衬底的第一表面侧，并且该部件的另一表面上提供有外部连接端子；和
互连，其在该部件上形成使得从安装有半导体衬底的一个表面侧延伸到所述另一表面侧，该互连电连接到外部连接端子。
12.如权利要求11所述的相机模块，其中第一端子是在半导体衬底第一表面侧上形成的焊盘的一部分，该部分暴露在第二表面侧的开口中。
13.如权利要求12所述的相机模块，其中第二端子是在半导体衬底第一表面侧上的焊盘上形成的凸块。
14.如权利要求11所述的相机模块，其中外围电路区段包括被配置为选择并驱动图像拾取像素区段的驱动电路、被配置为对图像拾取像素区段输出的像素信号执行信号处理的信号处理电路、和被配置为保持从信号处理电路获得的数据的数据保持电路。
15.如权利要求14所述的相机模块，其中驱动场效应晶体管的互连层包括传输由驱动电路提供给图像拾取像素区段的地址脉冲、复位脉冲、和读脉冲中的至少一个的互连层。
16.如权利要求11所述的相机模块，其中从半导体衬底的第一表面侧对外围电路区段进行功能测试，并且在用参考光照射光接收表面的情况下用第一端子对图像拾取像素区段进行图像测试。
17.如权利要求11所述的相机模块，进一步包括安装在半导体衬底第一表面侧上的无源元件芯片。
18.如权利要求17所述的相机模块，其中所述部件是压紧的树脂层，其覆盖半导体衬底的周边和无源元件芯片。
19.如权利要求11所述的相机模块，其中所述部件是安装衬底，所述互连形成在安装衬底上，所述固态图像拾取器件安装在安装衬底上，并且所述第一端子和所述互连通过引线接合而连接在一起。
20.如权利要求19所述的相机模块，其进一步包括靠近固态图像拾取器件的安装在安装衬底上的无源元件芯片。
CN2008101282993A 2007-07-06 2008-07-04 背照式固态图像拾取器件及使用该器件的相机模块 Expired - Fee Related CN101494232B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007178987 2007-07-06
JP2007-178987 2007-07-06
JP2007178987A JP5159192B2 (ja) 2007-07-06 2007-07-06 半導体装置の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101494232A true CN101494232A (zh) 2009-07-29
CN101494232B CN101494232B (zh) 2012-01-11

Family

ID=40252352

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008101282993A Expired - Fee Related CN101494232B (zh) 2007-07-06 2008-07-04 背照式固态图像拾取器件及使用该器件的相机模块

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7859073B2 (zh)
JP (1) JP5159192B2 (zh)
KR (1) KR100952769B1 (zh)
CN (1) CN101494232B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102446934A (zh) * 2010-10-07 2012-05-09 索尼公司 固态摄像器件及其制造方法和电子装置
CN104094405A (zh) * 2012-02-07 2014-10-08 株式会社尼康 拍摄单元及拍摄装置

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008002837A (ja) * 2006-06-20 2008-01-10 Denso Corp 半導体容量式センサの製造方法
JP4799543B2 (ja) * 2007-12-27 2011-10-26 株式会社東芝 半導体パッケージ及びカメラモジュール
JP5317586B2 (ja) * 2008-08-28 2013-10-16 ラピスセミコンダクタ株式会社 カメラモジュール及びその製造方法
JP2010114409A (ja) * 2008-10-10 2010-05-20 Sony Corp Ｓｏｉ基板とその製造方法、固体撮像装置とその製造方法、および撮像装置
JP5268618B2 (ja) * 2008-12-18 2013-08-21 株式会社東芝 半導体装置
JP2010177569A (ja) * 2009-01-30 2010-08-12 Panasonic Corp 光学デバイス及びその製造方法
JP5178569B2 (ja) 2009-02-13 2013-04-10 株式会社東芝 固体撮像装置
US9142586B2 (en) 2009-02-24 2015-09-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Pad design for backside illuminated image sensor
US8531565B2 (en) 2009-02-24 2013-09-10 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Front side implanted guard ring structure for backside illuminated image sensor
JP5554957B2 (ja) * 2009-10-09 2014-07-23 オリンパス株式会社 撮像ユニット
JP2012009816A (ja) * 2010-05-28 2012-01-12 Casio Comput Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP5542543B2 (ja) 2010-06-28 2014-07-09 株式会社東芝 半導体装置の製造方法
US8624342B2 (en) 2010-11-05 2014-01-07 Invensas Corporation Rear-face illuminated solid state image sensors
JP2015105834A (ja) * 2013-11-28 2015-06-08 東京エレクトロン株式会社 電子部品検査装置、電子部品の検査方法、及び、検査方法のプログラム
CN103700602B (zh) * 2013-12-13 2016-06-29 格科微电子（上海）有限公司 适用于图像传感器晶圆级测试的晶圆对准方法
CN103730385B (zh) * 2013-12-13 2016-05-25 格科微电子（上海）有限公司 图像传感器的晶圆级测试系统及方法
JP6262536B2 (ja) * 2014-01-08 2018-01-17 新光電気工業株式会社 カメラモジュールの製造方法
JP6727948B2 (ja) 2015-07-24 2020-07-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子、製造方法
WO2018061481A1 (ja) * 2016-09-30 2018-04-05 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子及び撮像装置
JP2024127035A (ja) * 2023-03-08 2024-09-20 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 半導体装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002094082A (ja) * 2000-07-11 2002-03-29 Seiko Epson Corp 光素子及びその製造方法並びに電子機器
FR2829289B1 (fr) * 2001-08-31 2004-11-19 Atmel Grenoble Sa Capteur d'image couleur a colorimetrie amelioree et procede de fabrication
EP1453097A4 (en) * 2001-11-05 2008-01-23 Zycube Co Ltd SEMICONDUCTOR IMAGE SENSOR AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
JP3722367B2 (ja) 2002-03-19 2005-11-30 ソニー株式会社 固体撮像素子の製造方法
JP4331033B2 (ja) 2004-03-29 2009-09-16 浜松ホトニクス株式会社 半導体光検出素子及びその製造方法
US7199439B2 (en) * 2004-06-14 2007-04-03 Micron Technology, Inc. Microelectronic imagers and methods of packaging microelectronic imagers
JP4534634B2 (ja) 2004-07-05 2010-09-01 ソニー株式会社 固体撮像装置
US7615808B2 (en) 2004-09-17 2009-11-10 California Institute Of Technology Structure for implementation of back-illuminated CMOS or CCD imagers
JP4124190B2 (ja) * 2004-09-21 2008-07-23 ソニー株式会社 Ｘ−ｙアドレス型固体撮像素子
JP2006261638A (ja) * 2005-02-21 2006-09-28 Sony Corp 固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法
US8049293B2 (en) 2005-03-07 2011-11-01 Sony Corporation Solid-state image pickup device, electronic apparatus using such solid-state image pickup device and method of manufacturing solid-state image pickup device
US7973380B2 (en) * 2005-11-23 2011-07-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method for providing metal extension in backside illuminated sensor for wafer level testing
US7781781B2 (en) * 2006-11-17 2010-08-24 International Business Machines Corporation CMOS imager array with recessed dielectric

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102446934A (zh) * 2010-10-07 2012-05-09 索尼公司 固态摄像器件及其制造方法和电子装置
CN102446934B (zh) * 2010-10-07 2016-08-03 索尼公司 固态摄像器件及其制造方法和电子装置
CN104094405A (zh) * 2012-02-07 2014-10-08 株式会社尼康 拍摄单元及拍摄装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009016691A (ja) 2009-01-22
US7859073B2 (en) 2010-12-28
US20090014762A1 (en) 2009-01-15
KR100952769B1 (ko) 2010-04-14
JP5159192B2 (ja) 2013-03-06
CN101494232B (zh) 2012-01-11
KR20090004744A (ko) 2009-01-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101494232B (zh) 背照式固态图像拾取器件及使用该器件的相机模块
US10586822B2 (en) Semiconductor module, MOS type solid-state image pickup device, camera and manufacturing method of camera
JP4940667B2 (ja) 固体撮像素子及びその製造方法
JP5577965B2 (ja) 半導体装置、および、その製造方法、電子機器
KR101222761B1 (ko) 후면 조사형 고체 촬상 장치, 후면 조사형 고체 촬상 장치의 제조 방법, 카메라 및 카메라의 제조 방법
TWI437699B (zh) And a solid-state imaging device having a through-electrode
CN102983111B (zh) 图像传感器的阶梯式封装及其制造方法
US8098312B2 (en) Back-illuminated type solid-state image pickup apparatus with peripheral circuit unit
JP4534634B2 (ja) 固体撮像装置
US9136291B2 (en) Solid-state imaging device having penetration electrode formed in semiconductor substrate
KR20180136923A (ko) 반도체 장치, 제조 방법 및 전자 장치
CN103137632A (zh) 用于cmos图像传感器的内插板封装及其制造方法
JP2010186870A (ja) 半導体装置
US8748946B2 (en) Isolated wire bond in integrated electrical components
US8318580B2 (en) Isolating wire bonding in integrated electrical components

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120111

Termination date: 20160704

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee