KR100486113B1 - 렌즈 내장형 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패키지 공정을 진행하기 전에 소자 제조의 마지막 단계로 화소어레이 주변에 금속철(凸)을 형성하고 유동성이 있는 재질로 렌즈를 형성한 후 렌즈 밑면에 오목한 홈(凹)을 형성하여 소자와 렌즈를 정렬마크를 통해 연결함으로써 이미지 센서 소자 제조시 렌즈 모듈을 별도로 제작하지 않고 소자 위에 바로 부착하고자 하는 렌즈 내장형 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

렌즈 내장형 이미지 센서의 제조 방법{METHOD FOR FABRICATION OF IMAGE SENSOR INCLUSIVE LENSE}

본 발명은 반도체 소자의 제조 공정 중, 이미지 센서 소자를 만들고 렌즈 모듈을 별도 제작 조립하지 않고 소자위에 바로 렌즈를 부착할 수 있게 하여 렌즈 내장형으로 이미지 센서를 제작하는 렌즈 내장형 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.

이미지 센서는 피사체의 정보를 감지하여 전기적인 영상 신호로 변환하는 장치로서, 촬상관과 고체 이미지 센서로 크게나눌 수 있으며 전자에는 비디콘, 플럼비콘 등이 있고, 후자에는 상보성 금속산화물반도체(CMOS, 이하 'CMOS'라 함)와 전하결합소자(CCD; Charge Coupled Device, 이하 'CCD'라 함) 등이 있다. 그 중에서 고체 이미지 센서로 이용되는 이미지센서는 이미지 센서용 반도체 칩을 내장한 반도체 칩 패키지에 렌즈를 결합한 형태로 사용하는 것이 일반적이다. 이미지센서용 반도체 칩 패키지는 크게 반도체 소자에 따라 CMOS용과 CCD용으로 대별된다.

CMOS 이미지 센서는 CMOS와 화소 형성 공정을 진행하고 마지막으로 금속 배선을 형성한다. 그리고, 칼라 센서를 구현하기 위해 칼라 필터 형성 공정을 거친 다음 집광 능력을 높이기 위해 마이크로 렌즈를 소자 상부에 개별 화소의 상부에 형성한다. 그리고 패키지를 진행하고 합성 수지 회로 기판 (Plastic Circuit Board : 이하 PCB) 위에 패키지된 소자를 얹고 렌즈 모듈과 결합한다.

이러한 종래 기술에 의한 이미지 센서의 제조 방법은 소자와 렌즈 모듈이 분리되어 있어 소자의 화소 어레이와 렌즈 모듈간의 초점 거리 보정이 필요하고, 소자에서 화소 어레이 위치에 따라 렌즈 모듈의 모양을 변형해야 하고 패키지 크기에 따라 렌즈 모듈의 크기도 달라져야하는 문제점이 있었다.

또한 소자를 패키지 할때 이물질에 의해 소자의 상부가 오염되어 불량이 발생할 수 있으며 패키지된 소자와 렌즈 모듈간 조립시 이격에 의한 불량이 발생할 수도 있으며, 전체적인 모듈 크기가 커서 제품화시 최종 제품의 크기가 클 수 밖에 없다.

또한, 소자의 패키지 공정시 웨이퍼를 가공하고 수율을 확인하고 웨이퍼의 후면을 갈아내고 나서부터 패키지를 완료하기까지 화소 어레이에 이물질이 놓이게 되면 불량이 발생하게 된다. 또한, 패키지 내부의 이물이나 소자 절단시 소자의 가장자리에 있던 실리콘 가루들이 화소 어레이로 들어가 불량을 발생할 수 있는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 패키지 공정을 진행하기 전에 소자 제조의 마지막 단계로 화소어레이 주변에 금속철(凸)을 형성하고 유동성이 있는 재질로 렌즈를 형성한 후 렌즈 밑면에 오목한 홈(凹)을 형성하여 소자와 렌즈를 정렬마크를 통해 연결함으로써 이미지 센서 소자 제조시 렌즈 모듈을 별도로 제작하지 않고 소자 위에 바로 부착할 수 있는 렌즈 내장형 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 상기 화소어레이부와 상기 CMOS 로직부 및 상기 메모리부가 원칩에 집적화되는 이미지 센서에 있어서, 금속 배선 및 절연막과 최상금속층을 증착하는 단계와, 상기 최상 금속층을 화소 어레이 주변에만 남기고 상기 최상 금속층 상에 보호막을 증착하는 단계와, 상기 보호막 증착 후 칼라 필터링 공정을 진행한 후 패드 금속 단자를 오픈하는 마스크 공정을 진행하여 최상 금속층이 보호막 사이로 드러나도록 하는 단계와, 상기 최상 금속층 상부에 티타늄막 및 금속막을 증착하는 단계와, 상기 금속막 상부에 금속철(凸)을 형성할 부분을 오픈한 후 전기적인 도금 방법을 이용하여 금속철(凸)을 성장시키는 단계와, 상기 전기적 도금에 의해 성장된 금속철(凸) 하부의 금속막 및 티타늄막을 제거하는 단계와, 상기 금속철(凸)이 형성되어 있는 결과물 상부에 상기 금속철(凸)과 일체하는 홈(凹)을 가지는 렌즈를 형성하는 단계와, 상기 렌즈의 홈(凹)과 상기 금속철(凸)을 정렬마크를 사용하여 서로 대응하게 정렬시킨 다음 결합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 내장형 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.

상기 티타늄 및 금속막은 스퍼터링 또는 전기 도금 방식을 통해 증착하는 것을 특징으로 한다.

상기 금속막 및 금속철(凸)은 Au, Ag, Cu중 어느하나를 이용하는 것을 특징으로 한다.

상기 전기 도금 방식을 이용한 금속철(凸) 성장 공정은 아황산염 전해질을 이용하는 것을 특징으로 한다.

상기 화소 어레이 주변에만 남기는 최상 금속층은 폐쇄형, 유선형, 일자형 중 어느 하나의 형태로 형성하는 것을 특징으로 한다.

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이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시된 것이며 종래 구성과 동일한 부분은 동일한 부호 및 명칭을 사용한다.

도1a 내지 도1g는 본 발명에 의한 렌즈 부착형 CMOS 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.

도1a의 (가)를 참조하면, CMOS 이미지 센서는 CMOS와 화소 형성 공정을 진행하고 금속 배선(101)을 형성한다. 그리고, 종래의 기술과 달리 칼라 센서를 구현하기 위해 칼라 필터 형성 공정을 거치지 않고 금속간 절연막(102)을 증착한 다음, 본딩 패드 금속 단자부에만 오픈되는 마스크 공정을 진행하고 식각 공정을 진행한 후 그 상부에 최상 금속층(103)을 8000Å의 두께로 증착한 후 마스크 공정을 진행한다.

이때, 도1a의 (나)를 참조하면, 본딩 패드 금속 단자부(105)는 금속 패턴이 남도록 한다. 또한, 화소어레이부(A) 외곽으로 폭 60㎛ 이상의 금속이 남도록 패터닝한다. 이때, 금속띠가 폐쇄형으로 모두 연결되어도 좋고 중간중간 끊어져도 된다. 또한 정렬 마크 홈이 생길 수 있도록 패터닝 해야 한다.

이어서, 일반적인 공정에 의해 보호막을 증착하고 칼라 센서를 구현하기 위해 칼라 필터 형성 공정을 진행한 후 집광 능력을 높이기 위해 마이크로렌즈를 소자 상부의 개별 화소에 형성한다. 그런 다음, 패드 금속 단자(105)를 오픈하는 마스크 공정을 진행한다. 이때 최상 금속층(103)이 보호막(104) 사이로 드러나도록 마스크 공정을 진행하여야하는데, 최상 금속층(103)과 최상 금속 오픈부의 거리는 20㎛ 이상이 되도록 한다.

도1b를 참조하면, 도시된 바와 같이 최상 금속층(103)과 후속에서 증착되는 금속철(凸)의 접착력을 높이기 위해 티타늄막(106)을 4000Å의 두께로 증착한 후 그 상부에 금속철(凸)을 형성하기 위한 금속막(107)을 증착한다. 이때, 금속막은 웨이퍼 전면에 스퍼터링 방법 또는 전기적 도금 방식으로 금(Au)을 1000Å의 두께로 증착한다.

도1c를 참조하면, 금속철(凸)을 형성할 부분만 오픈시키기 위한 포토레지스트 패턴(108)을 형성하는데, 이때 오픈부는 30㎛ 이상이 되도록 한다.

도1d를 참조하면, 웨이퍼를 전해질 용액으로 사용할 아황산염 속에 담그고 웨이퍼에는 음극을 전해질 용액에는 양극을 연결하여 화학 반응을 일으켜 상기 금(107)로부터 금속철(凸)(107')이 성장되도록 한다. 이때, 도금된 금이 포토레지스트 패턴(108)위로 나오지 않을 두께로 형성하여야 한다.

도1e를 참조하면, 포토레지스트 패턴(108)을 제거한다.

도1f를 참조하면, 도금된 금속철(凸)인 금(107') 하부의 금속막(107) 및 티타늄막(106)을 제거한다.

도1g를 참조하면, 도1g의 (가)는 렌즈부를 나타낸 것으로, 아래면이 네모이고 윗부분은 렌즈 역할을 하게된다. 이때 화소 어레이의 크기를 고려하여 지름을 결정하고 초점거리를 고려하여 곡률 반경을 결정하고, 렌즈(109) 하부 네모면의 두께도 초점거리를 고려하여 결정한다. 도1g의 (나)는 상부에 형성되어진 소자의 배열 위치를 나타낸 것으로, 금속철(凸)을 폐쇄형으로 만들 경우 렌즈(109)의 밑면도 폐쇄형으로 만들어야 하며 정렬 마크의 홈(凹)도 렌즈 밑면에 만들어야한다.

도1g의 (다)는 상기 렌즈부(109)와 소자를 결합하여 렌즈 부착형 이미지 센서를 제작한 도면으로 렌즈를 소자 위에 놓을 때 정렬마크(110)를 일치시키면 결합이 용이하다. 또한 렌즈 밑면에 화소 어레이 부분만큼 파내어 화소 어레이가 렌즈부에 닿지 않도록 해도 되고, 웨이퍼의 후면을 갈아내고 렌즈를 부착하는 것이 원가 절감 측면이나 공정의 안정성에 유리하다.

상기한 바와 같이 본 발명은 패키지 공정을 진행하기 전에 소자 제조의 마지막 단계로 화소어레이 주변에 금속철(凸)을 형성하고 유동성이 있는 재질로 렌즈를 형성한 후 렌즈 밑면에 오목한 홈(凹)을 형성하여 소자와 렌즈를 정렬마크를 통해 연결함으로써 이미지 센서 소자 제조시 렌즈 모듈을 별도로 제작하지 않고 자 위에 바로 부착하므로 소자 패키지 공정에서 발생하는 이물질에 의한 불량을 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 렌즈 모듈의 초점과 소자의 초점 이격에 의한 불량을 완전히 방지할 수 있다.

또한, 소자와 렌즈를 동일 칩에 패키지 함으로써 전체적인 모듈의 크기를 줄일 수 있는 이점이 있다.

도1a 내지 도1 는 본 발명에 의한 렌즈 부착형 CMOS 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.

- 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 -

101 : 금속 배선 102 : 절연막

103 : 최상금속층 104 : 보호막

105 : 패드 단자 106 : 티타늄막

107 : 금속막 107' : 금속철(凸)

108 : 포토레지스트 패턴 109 : 렌즈

110 : 정렬마크

Claims (6)

1. 상기 화소어레이부와 상기 CMOS 로직부가 원칩에 집적화되는 이미지 센서에 있어서,

   금속 배선 및 절연막과 최상금속층을 증착하는 단계와,

   상기 최상 금속층을 화소 어레이 주변에만 남기고 상기 최상 금속층 상에 보호막을 증착하는 단계와,

   상기 보호막 증착 후 칼라 필터 공정을 진행한 후 패드 금속 단자를 오픈하는 마스크 공정을 진행하여 최상 금속층이 보호막 사이로 드러나도록 하는 단계와,

   상기 최상 금속층 상부에 티타늄막 및 금속막을 증착하는 단계와,

   상기 금속막 상부에 금속철(凸)을 형성할 부분을 오픈한 후 전기적인 도금 방법을 이용하여 금속철(凸)을 성장시키는 단계와,

   상기 전기적 도금에 의해 성장된 금속철(凸) 하부의 금속막 및 티타늄막을 제거하는 단계와,

   상기 금속철(凸)이 형성되어 있는 결과물 상부에 상기 금속철(凸)과 일체하는 홈(凹)을 가지는 렌즈를 형성하는 단계와,

   상기 렌즈의 홈(凹)과 상기 금속철(凸)을 정렬마크를 사용하여 서로 대응하게 정렬시킨 다음 결합시키는 단계를

   포함하는 것을 특징으로 하는 렌즈 내장형 이미지 센서의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 티타늄 및 금속막은 스퍼터링 또는 전기 도금 방식을 통해 증착하는 것을 특징으로 하는 렌즈 내장형 이미지 센서의 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 금속막 및 금속철(凸)은 Au, Ag, Cu중 어느하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 렌즈 내장형 이미지 센서의 제조 방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 전기 도금 방식을 이용한 금속철(凸) 성장 공정은 아황산염 전해질을 이용하는 것을 특징으로 하는 렌즈 내장형 이미지 센서의 제조 방법.
5. 제 1항에 있어서, 상기 화소 어레이 주변에만 남기는 최상 금속층은 폐쇄형, 유선형, 일자형 중 어느 하나의 형태로 형성하는 것을 특징으로 하는 렌즈 내장형 이미지 센서의 제조 방법.
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