(57)【要約】【課題】薄型撮像素子とその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の薄型撮像素子は全ウエハ或いは部分ウエハから製造でき、基板上表面に光電転換部材と周辺回路を製造し、更に該撮像基板に内嵌溝を形成でき、該内嵌溝に絶縁層膜を沈積し導電材料を充填することによって接合プラグを形成し、撮像基板の下表面を研磨薄肉化して接合ピンを形成し、該撮像素子の電極接続端とすることができる。該撮像素子は該撮像基板を研磨でき、光学透明窓を直接多いかぶせることができる。更に光学レンズシステム、固体撮像素子、映像制御モジュール、フレキシブル導電部材などの構成部材を具えた整合パッケージに組み立てて薄型撮像モジュールとすることができ、形態電子装置のマルチメディア映像ユニットへの整合に適している。【選択図】  図１２ 
2005142575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一種の撮像素子であってその主要な構造は、
基板を具え、
光電センサ部を具えて基板上に設置して映像放出エネルギーを検知し、
周辺回路を具えて光電センサ部の周囲に巡らせて該光電センサ部に電気的に接続するようにでき、
接合ピンを具えて基板を貫通して該周辺回路に電気的に接続できるようにして成ることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
該撮像素子は更に、基板上に接着して光電センサ部上に配置する透明窓を具えることができるようにして成ることを特徴とする請求項１記載の撮像素子。
【請求項３】
該撮像素子は更に、撮像基板と透明窓の間に粘着層を配置することができるようにして成ることを特徴とする請求項２記載の撮像素子。
【請求項４】
該撮像素子は更に、撮像基板と透明窓の間に支持層を配置して具えることができるようにして成ることを特徴とする請求項２記載の撮像素子。
【請求項５】
該撮像素子は更に、撮像基板と透明窓の隣接する表面に、複数個の受孔と対応する突起を形成して具えることができるようにして成ることを特徴とする請求項２記載の撮像素子。
【請求項６】
該光電センサ部は複数個の光電センサ素子を具えるようにして成ることを特徴とする請求項１記載の撮像素子。
【請求項７】
一種の撮像モジュールであってその主要な構造は、
撮像素子を具え、該撮像素子は、
基板を具え、
光電センサ部を具えて基板上に設置して映像放射エネルギー量を検知し、
周辺回路を具えて、光電センサ部の周囲に巡らせて該光電センサ部に電気的に接続するようにでき、
接合ピンを具えて基板を貫通して該周辺回路に電気的に接続できるようにして成り、
光学レンズシステムを具え、撮像素子上に配置し、且つ光電センサ部と対応し、
映像制御モジュールを具え、該撮像素子の接合ピンに電気的に接続できるようにして成ることを特徴とする撮像モジュール。
【請求項８】
該撮像素子は、基板に密着して、且つ光電センサ部の位置に対応させて透明窓を具えるようにして成ることを特徴とする請求項７記載の撮像モジュール。
【請求項９】
該撮像モジュールは撮像素子と光学レンズシステムとの間に配置する粘着層を具えることができるようにして成ることを特徴とする請求項７記載の撮像モジュール。
【請求項１０】
該撮像モジュールは撮像素子と光学レンズシステムとの間に配置する支持層を具えることができるようにして成ることを特徴とする請求項７記載の撮像モジュール。
【請求項１１】
該撮像モジュールは撮像素子と光学レンズシステムの隣接する表面上に複数個の受孔と対応する突起を形成して具えることができるようにしてなることを特徴とする請求項７記載の撮像モジュール。
【請求項１２】
該光学レンズシステムは固定焦点の光学レンズシステム或いは焦点調整可能の光学レンズシステムを具えて成ることを特徴とする請求項７記載の撮像モジュール。
【請求項１３】
該光学レンズシステムは焦点調整可能の光学レンズシステムであり、該光学レンズシステムと撮像素子を伸縮部材上に配置して、相互間の対応する距離を調節できるようにして成ることを特徴とする請求項１２記載の撮像モジュール。
【請求項１４】
該撮像モジュールは更に、撮像素子と映像制御モジュールに接続する可撓性の導電部材を具えることができるようにして成ることを特徴とする請求項７記載の撮像モジュール。
【請求項１５】
撮像素子の製造方法として主に、
基板を提供し、
光電センサ部を基板の第一表面上に形成し、
周辺回路を形成して光電センサ部の周辺を巡らせることができるようにし、該周辺回路と光電センサ部を相互に電気的に接続させ、
接合ピンを形成して該基板を貫通させることができるようにし、該接合ピンは更に周辺回路に電気的に接続できるようにするようにして成ることを特徴とする撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
該製造方法は更に、透明窓を基板上に接着させ、該透明窓を光電センサ部の上に配置することができるようにして成ることを特徴とする請求項１５記載の撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
該接着プロセスは基板と透明窓の間の粘着層を提供することを含んで成ることを特徴とする請求項１６記載の撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
該接着プロセスは基板と透明窓の間の支持を形成することを含んで成ることを特徴とする請求項１６記載の撮像素子の製造方法。
【請求項１９】
該接着プロセスは、
複数個の受孔と対応する突起を基板と透明窓の隣接する表面に形成し、
該受孔と対応する突起をピッタリ合わせることによって、該基板と透明窓とを結合するようにして成ることを特徴とする請求項１６記載の撮像素子の製造方法。
【請求項２０】
該光電センサ部は複数の受光センサ素子を具えて成ることを特徴とする請求項１５記載の撮像素子の製造方法。
【請求項２１】
該接合ピンを形成する主なプロセスは、
複数個の溝を基板の第一表面に形成し、
絶縁層を該溝内に形成し、
導電材料を溝内に充填して複数個の接合プラグを形成し、
基板第二面を研磨して薄くし、該接合プラグの底部を露出させて接合ピンとするようにして成ることを特徴とする請求項１５記載の撮像素子の製造方法。
【請求項２２】
該接合ピンを形成するプロセスは、
複数個の溝を基板第二面に形成し、
絶縁層を該溝の内側壁に形成し、
導電材料を該溝内に充填して接合ピンを形成するようにして成ることを特徴とする請求項１５記載の撮像素子の製造方法。
【請求項２３】
該接合ピンを形成するプロセスは、
複数個の第一溝を基板第一面に形成し、
複数個の第二溝を基板第二面に形成し、該第二溝と第一溝が相互に対応するようにし、
絶縁層を該溝内側壁に形成し、
導電材料を該溝内に充填して接合ピンを形成するようにして成ることを特徴とする請求項１５記載の撮像素子の製造方法。
【請求項２４】
該絶縁層の該溝内側壁への形成と、導電材料の第一、第二溝への充填は全て個別のプロセスであるようにして成ることを特徴とする請求項２３記載の撮像素子の製造方法。
【請求項２５】
映像モジュールの製造方法において、該主要製造方法は、
撮像素子を提供し、
基板を提供し、
光電センサ部を基板第一表面上に形成し、
周辺回路を形成して光電センサ部の周辺を巡らせるようにし、
該周辺回路と光電センサ部を相互に電気的に接続し、
接合ピンを形成して基板を貫通するようにし、該接合ピンが周辺回路に電気的に接続できるようにして成り、
光学レンズシステムを該撮像素子上に配置し、且つ該光電センサ部の位置に対応させ、
映像制御モジュールを提供し、該撮像素子の接合ピンと電気的に接続できるようにして成ることを特徴とする映像モジュールの製造方法。
【請求項２６】
該製造方法は更に、透明窓を基板上に接着して、該透明窓を該光電センサ部上に配置することができるようにして成ることを特徴とする請求項２５記載の映像モジュールの製造方法。
【請求項２７】
該配置プロセスは更に、撮像素子と光学レンズシステムの間に粘着層を提供することができるようにして成ることを特徴とする請求項２５記載の映像モジュールの製造方法。
【請求項２８】
該配置プロセスは更に、撮像素子と光学レンズシステムの間に支持層を形成することができるようにして成ることを特徴とする請求項２５記載の映像モジュールの製造方法。
【請求項２９】
該配置プロセスは、
複数個の受孔と対応する突起を撮像素子と光学レンズシステムの隣接する表面に形成し、
該受孔と対応する突起をピッタリ合わせることによって撮像素子と光学レンズシステムを結合するようにして成ることを特徴とする請求項２５記載の映像モジュールの製造方法。
【請求項３０】
該接合ピンを形成するプロセスは主に、
複数個の溝を基板第一表面に形成し、
絶縁層を該溝内に形成し、
導電材料を溝内に充填して複数個の接合プラグを形成し、
基板第二表面を研磨して薄くし、該接合プラグの底部を露出させて接合ピンとするようにして成ることを特徴とする請求項２５記載の映像モジュールの製造方法。
【請求項３１】
該接合ピンを形成するプロセスは主に、
複数個の溝を基板第二表面に形成し、
絶縁層を該溝内側壁に形成し、
導電材料を該溝内側壁に充填して接合ピンを形成するようにして成ることを特徴とする請求項２５記載の映像モジュールの製造方法。
【請求項３２】
該接合ピンを形成するプロセスは、
複数個の第一溝を基板第一表面に形成し、
複数個の第二溝を基板第二表面に形成して、該第二溝と第一溝が相互に対応するようにし、
該溝内に絶縁層を形成し、
導電材料を溝内に充填して接合ピンを形成するようにして成ることを特徴とする請求項２５記載の映像モジュールの製造方法。
【請求項３３】
該絶縁層の溝内側壁への形成と、導電材料の該第一、第二溝への充填は全て個別のプロセスであるようにして成ることを特徴とする請求項２５記載の映像モジュールの製造方法。
【請求項３４】
該光学レンズシステムは固定焦点を具えた光学レンズシステム或いは焦点調節可能な光学レンズシステムであるようにして成ることを特徴とする請求項２５記載の映像モジュールの製造方法。
【請求項３５】
該光学レンズシステムは、焦点調節可能な光学レンズシステムであって、該製造方法は更に、伸縮部材を光学レンズシステムと撮像素子の相互間の対応する距離を調節できるように配置できるようにして成ることを特徴とする請求項３４記載の映像モジュールの製造方法。
【請求項３６】
該電気的接続プロセスは、可撓性の導電部材で撮像素子と映像制御モジュールを電気的に接続するようにして成ることを特徴とする請求項２５記載の映像モジュールの製造方法。
【請求項３７】
撮像素子と映像制御モジュールの電気的接続は、接合ピンバンプの接続の等方性導電樹脂、表面を粘着、異方性導電接合膜、金或いは錫鉛バンプ、ボワイヤボンディング、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）、屈曲リード、フリップチップなどの電気的接続方法を選択使用できるようにして成ることを特徴とする請求項２５記載の映像モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像素子に関し、特に全ウエハ或いは部分ウエハの方式で製造でき、該撮像素子の生産プロセスは映像基板を研磨して薄くできることと光学透明窓を直接覆いかぶせることによるものであり、パッケージは光学レンズシステム、固体撮像素子、映像制御モジュール、フレキシブル導電部材などの構成部材を整合して軽量小型の撮像モジュールにすることが可能で、携帯電子設備内のマルチメディア映像ユニットへの整合に適した薄型撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常撮像素子はセラミック或いは樹脂パッケージングないのフレキシブル或いは樹脂回路基板上に接着して、ワイヤボンディング或いはバンプボンディングの方法で該撮像素子のボンディングパッドとパッケージング内のインナーリードとを電気的に接続する。該撮像素子は一般には固体半導体基板上の表面に形成した光電変換ユニットを具え、該光電変換ユニットは電磁放射の入射エネルギーを電荷量に転換して、制御可能な電圧信号に転化することができる。このほか更に、映像画素アドレス制御回路を具えて該光電転換部材配列の画素アドレスのデコードと撮像素子の入出力のための周辺制御回路提供に用いることができる。
【０００３】
該撮像素子は個別にアセンブリを行い、信号アウターリードとガラス・樹脂カバー或いは樹脂窓を具えて該撮像素子の光電転換ユニットを露出するセラミック或いは樹脂パッケージング内に密封する。図１は公知の撮像素子とそのパッケージの略図である。図１に示すように、公知のセラミックパッケージ１００は凹部１０１をセラミック基板１０３に提供し導電インナーリード１０２をそのパッケージ内に具える。撮像チップ１０４は導電粘着膜１０５で該凹部１０１内に接着し、標準ワイヤボンディングによる接合工程によって、ワイヤ１０７で該撮像チップ１０４の電極ボンディングパッド１０６をインナーリード１０２に電気的に接続する。
【０００４】
図２に示す別の公知の撮像素子とパッケージでは、樹脂パッケージ１１０はインナーリード１１２とアウターリード１２２を具えて、リードフレーム１１７、樹脂基板１１３上の凹部１１０に電気的に接続する。撮像チップ１０４は導電粘着膜１０５で凹部１１０内のリードフレーム１１７に接着し、ワイヤボンディング工程によって、ワイヤ１０７で該撮像チップ１０４の電極ボンディングパッド１０６をインナーリード１１２に電気的に接続する。
【０００５】
米国特許第６２６８２３１
【特許文献１】に示される低コストの映像パッケージ、「低コスト電荷結合素子パッケージ」は１９９９年１０月４日公開、Ｋｅｉｔｈ  Ｅ．  Ｗｅｔｚｅｌ氏に与えられた。図３に示すように、電荷結合素子（ＣＣＤ）パッケージ３１０は樹脂基板構造３１２、環状樹脂フレーム３１４、フレキシブル回路基板３１８、ガラスカバー３１６を具えて、撮像素子を組成して内臓する密封空間を形成している。該ガラスカバー３１６の使用によって密封空間内のフレキシブル回路基板３１８上に接着してある撮像チップ３１１を保護し、ワイヤ３２９でフレキシブル回路基板３１８上の導電リードを撮像チップ３１１の電極ボンディングパッドに電気的に接続する。
【特許文献１】U．S．ＰＡＴＥＮＴ  Ｎｏ．６２６８２３１
【０００６】
上述の公知撮像素子の主な欠点は、どれも個別に組立が必要なことで、更に後続の組立プロセスの前に該撮像素子の基板を研磨して薄くすることができないうえ、複雑なワイヤボンディングプロセス、撮像チップの粘着あるいはレンズ台の固定作業工程と、個別に行う位置合わせ作業が必要であり、全体の製造コストと生産時間が増大してしまう。また撮像素子とモジュールの体積と重量をより縮小することが難しい。一般には固体半導体ウエハの複数の撮像素子は先にダイシングを行い、単独の撮像素子に分割してから組立てパッケージング工程を行わなければならない。しかしウエハをダイシング、カット時に生じるシリコン微粒は、該撮像素子の光電転換エリアを汚染したり傷つけたりする危険性があり、ひいては該撮像素子の損傷や損壊を引き起こし、撮像素子全体の品質とパッケージング歩留まりに影響してしまう。
【０００７】
携帯電子装置が軽薄短小化するなかで、携帯電子装置内の撮像素子をいかに縮小整合するかがより重要になってきている。上述の公知撮像素子はみな、基板で該透明ガラスカバーを支持し、該撮像素子とその内部のボンディングワイヤに必要なだけの空間を維持し保護している。しかし該基板は相当な体積を占め、通常少なくとも回路基板から数ミリ以上の高さは突出してしまう。このほか、該基板に内包する空気或いは湿気の光学反射係数は、透明ガラスカバー及び撮像チップとは異なるため、該撮像素子の敏感度が下がったり失効したりする。携帯電子装置の新しい各種マルチメディアの応用ニーズに従って撮像素子の品質と機能の増強が求められるとき、光学レンズと周辺信号制御ユニットは一つにパッケージングされる必要がある。
そこで、撮像素子の高品質と機能を維持する光学システムと周辺制御回路を軽量且つ薄型に整合した撮像素子モジュールのパッケージングは非常に困難である。
【０００８】
図４に公知の撮像モジュールとそのパッケージの略図を示す。図４に示すように、周辺回路セット４９１、撮像チップ４９２、回路基板４９３を具える。ワイヤ４９４でガラスカバー４９５或いは赤外線フィルタを接着してある撮像チップ４９２と回路基板４９３上の電極接続端をボンディングした後、光学レンズ４９８を具えた支持台４９７を該回路基板４９３上に接着する。この場合、撮像チップ４９２、光学レンズ４９８と支持台４９７の間の相互の位置合わせ、焦点距離、部材高度、光学焦点…などを精確に維持する製造工程は全て精密度の再現性という問題に直面する。よって、この種の撮像の構造は、軽薄短小の撮像素子及びモジュールの大量生産製造には適用しがたい。
【０００９】
通常、前述の公知の撮像モジュールの光学レンズシステムは、固体撮像素子に対応した位置の精密度は制御が難しく、更にはもしほかの焦点距離調節機構を利用して可動式のレンズシステムと撮像素子によって相対焦点距離を制御できる撮像焦点可変システムを実現しようとすると、該撮像モジュールの体積、重量は更に増大し、システム構造も複雑になる。よって、一般の伸縮鏡筒で焦点距離を調節する構造では、現時点では撮像モジュールの体積と重量を縮小することが難しい。撮像素子と光学レンズシステムと周辺映像信号制御部材を一体ユニットに整合パッケージングできれば、撮像モジュールの体積と重量が縮小でき、携帯電子装置の各種マルチメディア応用昨日と品質上に大幅な向上が得られることは間違いない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述の撮像素子に関する問題を解決し、軽薄、安価の撮像阻止を提供して、該撮像素子がより安価な撮像モジュールの組立てに適するようにし、マルチメディア映像装置を内蔵する携帯電話、ＰＤＡ、パソコン、ビデオカメラ、デジタルカメラ、コンピュータスキャナ、バーコードリーダ、セキュリティ監視システム…など各種製品への使用を便利にする。
【００１１】
本発明は、薄型の撮像素子を提供することを課題とする。該素子は組立てが容易で、少なくとも一個の撮像素子のウエハ部分は或いは全ウエハを含むことによって、同時に大量生産製造して生産工程を簡略化するとともに生産コストを低下させることができる。該軽薄撮像素子はまた、他の映像制御機能チップ、光学レンズシステムとの高度な整合に適し、軽薄短小且つ高度に機能整合した素子と撮像モジュールとすることができる。
【００１２】
本発明はまた、撮像モジュールを提供することをもう一つの課題とする。該モジュールは固定或いは焦点可変の光学レンズシステムを具え、携帯電話やＰＤＡといった携帯電子装置内への内蔵に非常に適する。
【００１３】
本発明は更に、撮像素子の製造方法を提供することをもう一つの課題とする。該方法は、接合ピンの利用によって従来のワイヤボンディングに代えるもので、主に該撮像基盤を研磨薄肉化することによって、該撮像素子が現在の軽薄短小化電子装置により適合するようにする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は薄型撮像素子を提供する。該薄型撮像素子は、基板を具えて、光電転換部材の電磁センサ部とし、周辺回路を具え、導電部材を充填した溝で形成する接合プラグを具える。該接合ピンは基板背面を研磨薄肉化した接合プラグで形成し、該接合ピンを撮像素子の電極接続終端とすることができる。
【００１５】
本発明の好適な実施例では、透明窓を基板上表面に接着し、電磁センサ部上に配置することによって、映像品質を増進する。また、支持層を使用してもよく、該透明窓が接触して光電転換部が損壊するのを防止するようにするとともに、予め設計した光電転換部と透明窓の高度を制御する。これによって、該支持層を該撮像素子の光学システムの一部とすることができる。このほか、複数個の粘着層で該透明窓、支持層、撮像基板の結合を提供してもよい。
【００１６】
該透明窓は本発明の撮像素子の上表面に直接接着し、別途台座を形成して該透明窓を支持し撮像素子を保護する必要は無い。該透明窓は更に一面或いは二面の平面、球面、非球面或いはキノフォーム面…などの光学面を具えることができる。
該透明窓の表面は、回折面、屈折面或いは組合せ面を具えることができる。平面、球面、非球面或いはその中の任意の組合せ形態の面で、屈折或いは回折効果を具えた光学部材を形成し、光学レンズシステムの光学機能を実現する。該表面はまた、少なくとも一層の光学薄膜を形成することによって、ＩＲ（赤外線）と或いは低周波光のフィルタ機能を提供してもよい。そうすると光学フィルタと別途のガラスカバーを撮像素子上に配置する必要が無くなる。
【００１７】
該透明窓は粘着膜を用いて直接且つ／或いは該支持層を結合して撮像装置の上表面に接着する。これにより完全に緊密に該透明窓の下表面と撮像素子の上表面を結合させるほか、撮像素子、支持層、粘着層及び透明窓にある受孔或いは突起は、撮像素子と透明窓との精密な位置合わせに役立つ。更に、本発明のもう一つの具体的実施例として、透明材料を光電転換部の上表面と透明窓下表面の間のチャンバに充填してもよい。該透明材料は透明窓と同等の反射係数を具え、撮像素子と直接貼付した透明窓の反射損失を減少させる。この種は透明窓且つ／或いは充填透明材料を経て光電転換部材で該映像図形を完成する。その後、該基板を従来のウエハ裏面研磨、連続したポリッシングといった方法、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）、高選択比のプラズマエッチング或いは湿式エッチングで、基板背面から直接研磨し、該内嵌式の金属プラグを露出させて接合ピンを形成し、該撮像素子の電極接続端とする。
【００１８】
該内嵌式の金属プラグはプラズマエッチング、湿式エッチング或いはレーザ穿孔或いはそのうちの任意の組合せの方法で基板の上表面に溝を掘った後、絶縁層をその内側壁に沈積させる。二酸化ケイ素、窒化ケイ素或いは他の技術で該溝内側壁に任意の組合せの絶縁材料を形成した後、導電材料を該溝内に充填する。該導電材料は、チタン、窒化チタン、アルミ、銅、水銀、タングステン、水銀合金、銀エポキシ、錫、導電ポリマー…などその他の導電材料或いはそのうちの任意の組合せとする。
【００１９】
この製造方法で、複数個の接合ピンは基板下表面に形成して外部電極接続終端とし、該構造の重量や体積を増加する必要はない。更に特殊である点として、該方法は単一の撮像パッケージ製造工程への使用に制限されるものではなく、より弾力的且つ高効率なパッケージング工程にも利用でき、全ウエハ或いは複数の撮像素子のパッケージング工程にも使用できる。
【００２０】
他の好適な実施例で、本発明は数種の異なる方法による接合ピンの形成を提供する。該基板下表面にエッチングで複数個の背面溝を形成してもよく、該背面溝が上表面の接合プラグに対応して連なるようにする。絶縁膜を背面溝の側壁に沈積し、導電材料をその内部に充填して背面接合プラグが正面接合プラグに電気的に接続するようにして、接合ピンを形成する。
【００２１】
逆に、基板背面から直接接合ピンを形成して外部電極接続終端としてもよく、パッケージの重量や体積を増加することはない。該基板は研磨薄型化してあってもなくても、背面接合ピンは基板下表面から上表面に貫通する単一背面溝で形成し、その内部に絶縁膜を沈積し、導電材料を充填することができる。該接合ピンは電気的接続層、例えば多結晶シリコン、金属ケイ化物、受孔プラグ、或いは金属層…など撮像素子製造中の導電層に接続する。
【００２２】
もう一つの好適な実施例で、電気的接続構造は、接合ピンを映像制御モジュールの電極端に電気的に接続できるようにし、該映像制御モジュールは高度に整合して映像慣例制御機能ブロックを具えてもよい。例えばシステムマイクロプロセッサ、デジタル信号処理ユニット、システムタイムシーケンス制御（ＡＳＩＣ）、メモリバッファ、周辺制御部材など或いは上述の機能を整合した映像システム制御パッケージモジュールである。
【００２３】
一般にパッケージ接続の技術と接合に使用する材料は、例えば接合ピン突起に使用する等方性導電接着樹脂、或いは異方性導電接着樹脂、金或いは鉛はんだ接合技術、ボール・グリッド・アレイ（ＢＧＡ）技術、フレキシブルケーブル、或いはフリップチップといったその他従来の表面接着の技術は全て接合ピンと映像制御モジュールとの間の電気的接続に利用でき、これにより整合された小型映像モジュールを完成する。
【００２４】
現在流行しているマルチメディア携帯装置に使用するなかで、より小型化された撮像モジュールの必要性がますます高まっている。こういった携帯装置では、一般に、光学レンズシステムは個別に撮像基板或いは回路基板上のレンズ支持台上に固定する。或いは、複雑な機械式焦点調節機構で光学レンズシステムと撮像素子の相対焦点距離を調節するが、ここでは繁雑なレンズ校正と位置合わせの製造工程が必要で、製造の最大欠点となっている。
【００２５】
本発明はまた、安価、小型軽量で、高度に整合され且つ大量生産できる撮像モジュール製造方法を提供する。該モジュールは固定焦点或いは可変焦点方式で該光学レンズと前述の方法で製造した薄型映像素子を結合し、複数個の映像モジュールを同時に生産することで、従来の映像モジュールを個別に組立て生産する方法で必要な労力とコストを削減する。
【００２６】
積層する方法で形成する複数個の粘着層と挿入を選択した支持層で、レンズ支持台とすることができ、撮像基板の透明窓上の光学レンズシステムを接着して支持する。透明窓上に接着する粘着層は、支持層とその他の粘着層の結合を選択してもよく、これにより予め設計した焦点距離を維持する。この方法によって、光学レンズシステムと撮像素子の間の焦点距離の精密な制御と再現性を実現することができる。
【００２７】
本発明の構造は、全ウエハで、或いは多数個の撮像チップを同時に製造する方法で、粘着層を沈積し、及び支持層を挿入して該透明窓の組立てと光学レンズシステム接着を行うのに適している。その後各撮像素子を切断分割し、映像制御モジュールの電極端への電気的接続をしやすくする。該映像制御モジュールは主に、積層或いは平面の方法で複数個の周辺部材を回路基板上に結合して成る回路モジュールを具える。
【００２８】
本発明の構造はまた、フレキシブル導電部材で撮像素子と映像制御モジュールを電気的に接続し、焦点可変の撮像モジュールを達成することもできる。該焦点可変の映像モジュールは主に、光学レンズ、撮像素子を具え、伸縮機構或いはその他の変位可能な技術を個別に利用できる。例えば機械的技術、電磁力或いはモータなどを使用して該撮像素子、光学レンズシステムの上下或いは前後移動を駆動できるようにして、ピント合わせ、ズームなどの機能を完成し、該撮像モジュールの品質を増進できる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の薄型撮像素子は全ウエハ或いは部分ウエハから製造でき、基板上表面に光電転換部材と周辺回路を製造し、更に該撮像基板に内嵌溝を形成でき、該内嵌溝に絶縁層膜を沈積し導電材料を充填することによって接合プラグを形成し、撮像基板の下表面を研磨薄肉化して接合ピンを形成し、該撮像素子の電極接続端とすることができる。該撮像素子は該撮像基板を研磨でき、光学透明窓を直接多いかぶせることができる。更に光学レンズシステム、固体撮像素子、映像制御モジュール、フレキシブル導電部材などの構成部材を具えた整合パッケージに組み立てて薄型撮像モジュールとすることができ、形態電子装置のマルチメディア映像ユニットへの整合に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
映像素子は主に、基板、光電転換部、透明的及び複数個の接合ピンを具える。該光電転換部は映像放射エネルギーを検知する。該透明窓は映像品質を増進するために用いる。基板下表面に位置する接合ピンは、高度に整合した他の映像関連機能回路ブロックを具えた映像制御モジュールへの電気的接続に用いる。映像制御モジュールは例えばシステムマイクロコントローラ、デジタル信号処理ユニット、システムシーケンス制御回路（ＡＳＩＣ）、メモリバッファと周辺制御回路ブロック部材など、或いは前述の機能を具えた整合型映像システム制御パッケージモジュールである。このほか更に、固定焦点或いは可変焦点の光学レンズシステムを具えてもよく、該撮像素子上に配置して該映像品質と機能を増進する。
【００３１】
図５に複数個の撮像素子を含んだ全ウエハの略図を示す。図５に示すように、全ウエハ５２９は単結晶シリコン柱を円盤状に切削して成り、相補型金属酸化膜半導体撮像素子（ＣＩＳ）或いは電荷結合素子（ＣＣＤ）の製造工程から完成する。該全ウエハ５２９は複数個の撮像素子を含み、映像チップ５３１と、該全ウエハ５２９を切断すると個別の映像チップ５３１になる保留部分のチップ切断部５３２とする。
図６は図５の映像チップの略図である。図６に示すように、映像チップ５３１は光電センサ部を具え、映像チップ５３１の中央部に位置する光電転換部材６５０、周辺回路６５２の周囲に近接した複数個の接合プラグ６４６のようにし、該接合ピンは該映像制御モジュールに接続する電気的接続終端とする。
【００３２】
図７から図１０に図６のＡ−Ａ´方向に沿った断面図で、接合プラグの製造方法を示す。図７に示すように、撮像基板５３０はエッチング、レーザ穿孔或いはその任意の組合せの方法でその上表面７４０に複数個の溝７４１を形成する。本発明の実施例では、該溝７４１はシリコン半導体基板或いはその他サファイア層を含む半導体基板上に形成することができる。例えば、絶縁層上半導体形成（ＳＯＩ）技術を使用した基板や樹脂或いはガラス基板上に形成してもよい。
図８と図９に示すように、該溝７４１を隔離するために、酸化膜７４２を具え且つ／或いは窒化ケイ素膜７４３を付加した絶縁膜を該溝７４１の内側壁に形成する必要がある。その後、該溝７４１を導電材料で充填し、図１０に示す該接合プラグ６４６を形成する。本発明の別の好適な実施例では、該導電材料はチタン或いは窒化チタンの埋め込み金属及びタングステンを使用して電気的接続の接合プラグとしている。他の好適な実施例では、該導電材料はチタン、窒化チタン、アルミ、銅、水銀、タングステン、水銀合金、銀エポキシ、錫鉛、導電ポリマー、その他導電材料、或いは上述の材料の組合せとしている。
【００３３】
また、化学機械研磨（ＣＭＰ）、湿式エッチング、プラズマエッチバック、或いはその組合せの方法を使用して個別に独立した接合プラグ６４６を完成することもできる。撮像基板５３０に内嵌した接合プラグ６４６は、後続工程を公知の半導体製造工程プロセスで外部電極ボンディングパッドとする。通常撮像素子全体の製造方法では、個別に独立した該接合プラグ６４６を形成する製造順序は非常に弾力的である。例えば、該接合プラグ６４６を形成するプロセスは層間誘電絶縁膜（ＩＬＤ）、金属層、受孔層、多結晶シリコン、或いは光電転換部材６５０アクティブフォトダイオードの前或いは後に該接合プラグの製造プロセスを完了する。
【００３４】
図１１は図６の撮像チップのＡ−Ａ´に沿った断面図で、図１０の後続製造プロセスを示す。該光電転換部材６５０は該基板の上表面７４０に形成し、通常は撮像チップ５３１の中央部に位置する。画素アドレスデコードと映像信号処理機能を具えた周辺回路６５２は、二次元マトリックス単位の画素（未表示）光電転換部材６５０を大量に具えた周辺領域に配置する。
【００３５】
各画素は主にフォトダイオードと相補型金属酸化膜半導体のトランジスタを具えて電荷転換増幅に用い、該磁束密度の相対放出量を転換できる。このほか、該周辺回路６５２は更に、駆動回路を具えて該画素単位を駆動して電荷信号を得て、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータを具えてアナログ信号をデジタル信号に転換し、デジタル信号処理ユニットを具えて映像処理と信号出力入力することができる。
【００３６】
数個の層間誘電層８５１は、光電転換部材６５０と周辺回路６５２の上に位置する。該層間誘電層８５１は更に、多結晶シリコンと且つ／或いは金属層を含むことができる。カラーフィルタ層、マイクロレンズアレイ層（図１１には未表示）、或いは層間誘電層８５１の上に位置する保護層８５５を具える。該層間誘電層は半導体製造工程で形成するため、全部の構造が完成した後には完全な機能を具えた撮像素子と成る。また、該接合プラグ６４６は該周辺回路６５２の周辺に配置し、各接合プラグを互いに緊密に配置する。
【００３７】
図１２と図１３は複数の映像チップと透明窓接着の製造プロセス略図である。図１２に示すように、粘着層９６０は該撮像基板５３０と透明窓９７０の間に挟む。また、図１３に示すように、該粘着層９６０は支持層９６５の挿入を選択してもよく、これにより該透明窓と撮像素子の距離を制御するとともに、該透明窓９６０が該映像チップ上の光電転換部材６５０を傷つけるのを防止する。該粘着層９６０はまた、保護層８５５と透明窓９７０の下表面９７１との間に使用してもよい。
【００３８】
該透明窓９７０と該撮像基板５３０のアセンブリは、全ウエハ或いは複数個の映像チップ、更には単一の映像チップから選択して組み立てることができる。該透明窓９７０は該光電転換部材６５０を保護すると共に、該撮像機能関連の増進、つまりカラーフィルタや低周波フィルタとしての用途とすることができる。
このほか、該透明窓９７０は一面或いは二面の平面、球面レンズ、非球面レンズ、或いはキノフォーム光学表面を具えて、回折或いは屈折効果の光学部材とすることができ、更には平面、球面レンズ、且つ／或いは非球面を混合して回折或いは屈折光学部材に結合してもよい。
【００３９】
該透明窓９７０は更に、カラーフィルタを形成してもよく、該単色撮像素子がカラーの機能を具えるようにする。該撮像基板５３０と該透明窓９７０の間で、突起と受孔によって同時に整合接着と位置合わせをすることができる部分は、図１２と図１３に示す透明窓９７０の突起９７５と保護層８５５或いは支持層９６５の受孔８７６である。該突起９７５と受孔８７６は公知の半導体製造工程のパターン付けとエッチングで形成することができ、また他のガラス或いは樹脂モールディング工程を利用して完成してもよい。透明窓９７０上にいくらかの受孔を形成して、撮像基板５３０の突起と機械的な位置合わせを形成できるようにし、撮像素子の位置決めに用いることは本発明の目的の一つである。
【００４０】
図１４と図１５に本発明の最も好適な実施例を示す。この実施例では、透明窓９７０と層間誘電層８５１との間のチャンバ９８１は更に、透明材料９８０をチャンバ内に充填して図１２と図１３に示す空気に代える。該透明材料９８０はシリコンエポキシ樹脂、シリコン樹脂、高分子材料、ポリイミド、液晶、プラスチック、或いはその他気体、液体などはどれも該チャンバ９８１への充填に適する。このようにして、該透明材料９８０と透明窓９７０は、該光電転換部材６５０を他の異物による汚染から保護し、該光電転換部材６５０の感光度を増進するようになる。
【００４１】
該撮像基板５３０、透明窓９７０且つ／或いは透明材料９８０は粘着層９６０によって一つに結合することができ、また、支持層９６５或いはその他の粘着層も加えて一緒に結合してもよく、これにより該半製品素子は、別途後続組立てプロセスに入るまで非クリーンルームに保管することができる。つまり、本発明の撮像素子生産の製造コストは他の公知技術の撮像素子より低くなる。
【００４２】
図１６と図１７に、図１４と図１５の該基板下表面を研磨薄肉化した後の撮像基板略図を示す。図１４と図１５の撮像基板５３０は背面から研磨することができる。化学機械研磨（ＣＭＰ）、高選択性のプラズマエッチング、或いは湿式エッチングで基板下表面７４５から研磨を始め、該接合プラグ６４６の底部が、図１６と図１７に示すように該撮像基板５３０の下表面７４５から露出するようにする。このようにして、接合ピン９５３を該接合プラグ６４６から形成し、外部電極接続端とすることができる。更に、底部突起金属化（ＵＭＵ）で該接合ピン９５３の上を覆うことができる（図１６と図１７には未表示）。
【００４３】
図１８と図１９に本発明のもう一つの好適な実施例を示す。背面溝９６１を該撮像基板５３０の下表面７４５に形成し、該背面溝は撮像基板５３０上表面７４０に先に形成した内嵌正面接合プラグ６４６と対になるようにする。よって、該背面溝９６１は撮像基板５３０を突き抜けて該接合プラグ６４６と完全に接続する。本実施例では注目すべきことに、該撮像基板５３０は背面溝９６１を形成する前或いは背面接合プラグ９６６形成の後に、基板研磨薄肉化を行うことができる。
該背面溝９６１は化学エッチング、プラズマエッチング或いはレーザ穿孔などの技術で基板背面７４５から形成することができる。続いて絶縁膜を該背面溝９６１の露出している内側壁に形成し、これは酸化ケイ素、窒化ケイ素或いは高分子ポリエステル樹脂とすることができる。その後、絶縁膜を具えた背面溝９６１内にに導電材料を充填する。チタン、窒化チタン、鉛、銅、水銀、水銀合金、アルミ、銀エポキシ、導電ポリマー、その他導電材料或いは上述の材料の組合せで該接合プラグ９６６を形成する。
【００４４】
続いてパターン付けとエッチングで該撮像基板５３０の下表面７４５に接合ピンパッド９６３を形成して、接合ピン９７３を構成する。別の実施例では、簡単な接合ピンは接合プラグ９６６、絶縁膜及びエッチングといった方法だけで形成し、接合ピンパッド９６３を別途形成する必要はない。
【００４５】
本発明の接合ピンはさまざまな異なる方法で形成できる。図２０から１３Ｃに本発明の異なる方法で形成した三種の接合ピンの実施例を示す。図２０と図２１の二つの実施例はそれぞれ上述の図１６、図１７と図１８、図１９の説明による該接合ピン形成の方法に基づく。
図２２に示すように、該撮像基板５３０を研磨してもしなくても、背面接合ピン９８３は下表面７４５から直接上表面７４５へ貫通する背面溝９８１により形成でき、絶縁膜９８２をその内側壁に沈積被膜できる。該接合ピン９８３は電気的接続層９８４に接続でき、該電気的接続層は公知撮像素子製造における多結晶シリコン、金属ケイ化物、受孔プラグ或いは金属層とすることができる。
【００４６】
本発明の前述の撮像素子は更に映像制御モジュールと組み合わせることができる。フレキシブル導電部材或いは類似の部材で小型軽量の映像モジュール装置に組成でき、携帯電子装置の一ユニットとして非常に適している。
図２３と図２４に撮像素子と映像制御モジュールの組合せを示す。図２４の実施例と図２３の実施例を比較すると、支持層９６５を付加して具えただけである。図２３と図２４に示すように、軽量薄型映像モジュールは図１６と図１７の前述の映像チップ５３１と映像制御モジュールとを結合して相互に電気的接続して構成し、例えば接合ピン９５３で整合回路モジュール回路基板９９０に接続できる。該整合回路モジュール回路基板９９０は映像関連機能の回路ブロックを高度に整合して成り、例えばシステムマイクロコントローラ、デジタル信号プロセスユニット、システムシーケンス制御回路、メモリバッファと周辺制御回路部材を具える。
【００４７】
パッケージング接続技術と材料は、例えば接合ピン突起接合に使用している等方性導電接着樹脂、その他の公知表面接着、異方性導電接着樹脂、金或いは錫鉛接合、ワイヤボンディング、ボール・グリッド・アレイ、屈曲リード線、且つ／或いはフリップチップなどの技術或いは材料はどれも接合ピント映像制御モジュール電極端の電気的接続に利用でき、整合型薄型映像モジュールを形成できる。
【００４８】
図２５と図２６に本発明の二種類の固定焦点を具えた映像モジュールの好適な実施例を示す。図２６は図２５と異なる光学レンズシステムと透明窓の結合構造を示す。図２５と図２６に示すように、光学レンズシステム２００は少なくとも一つの粘着層２１０と光学レンズ２２０を具えることができる。該光学レンズ２２０は球面、非球面、回折且つ／或いは屈折光学面といった異なる部材或いはその他平面、球面、非球面、キノフォーム面などを混合し結合してえられる回折或いは屈折光学部材を具えることができる。
【００４９】
透明窓９７０上表面に配置する該光学レンズシステム２００は粘着層１５０で、更には支持層（図中未表示）を挿入することによって、該光学レンズシステム２００と透明窓９７０を結合することができる。また、光学レンズ２２０に形成する複数個の突起１７５と粘着層２１０に形成して対になる受孔１７６によって、構造上の位置合わせがより容易になる。
【００５０】
図２７と図２８に本発明の二種の焦点距離調節可能の映像モジュールの好適な実施例を示す。図２８は図２７と異なる光学レンズシステムと透明窓の結合構造を示す。図２７と図２８で、伸縮光学レンズシステム２４０を提供し、光学レンズシステム２４０と映像チップ５３１上に個別に伸縮部材２３０を使用することができ、相互の対応する距離を調節できるようにする。本発明の好適な実施例では、該伸縮部材２３０は機械的部材、電磁力的部材、モータ、他の類の伸縮システム、或いは上述の任意の組合せとすることができる。本発明中の伸縮部材２３０の主な特徴として、光軸に沿って該映像チップ５３１の相対位置を移動させることによってピント合わせの動作を行い、同時に物体にズームインする映像品質を増進することができる。該映像チップは図２７に示す整合型モジュール回路基板９９０或いは図２８に示す単一映像チップ本体とすることができる。
【００５１】
注意すべき点として、図２８に示すように、該映像チップ５３１はフレキシブル導電部材１９０で該整合型モジュール回路基板９９０に電気的に接続できる。いくつかの好適な実施例において、該フレキシブル導電部材１９０は、フレキシブル回路基板、導電ケーブル或いは導電フィルム、或いは導電ポリマーとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】公知の撮像素子及び構造の略図である。
【図２】公知の撮像素子及び構造の略図である。
【図３】公知の撮像素子及び構造の略図である。
【図４】公知の撮像モジュールの略図である。
【図５】本発明の複数個の撮像素子を含んだ全ウエハの略図である。
【図６】図５の撮像チップの拡大略図である。
【図７】図６のＡ−Ａ´に沿った断面図で接合プラグの製造方法を示す略図である。
【図８】図６のＡ−Ａ´に沿った断面図で接合プラグの製造方法を示す略図である。
【図９】図６のＡ−Ａ´に沿った断面図で接合プラグの製造方法を示す略図である。
【図１０】図６のＡ−Ａ´に沿った断面図で接合プラグの製造方法を示す略図である。
【図１１】図６の撮像チップのＡ−Ａ´に沿った断面図で、図１０の後続製造工程の略図である。
【図１２】本発明の複数個の撮像チップと透明窓の接着の略図である。
【図１３】本発明の複数個の撮像チップと透明窓の接着の略図である。
【図１４】本発明の別の好適な実施例の略図である。
【図１５】本発明の別の好適な実施例の略図である。
【図１６】図１４と図１５の該基板下表面から研磨薄肉化後の基板の略図である。
【図１７】図１４と図１５の該基板下表面から研磨薄肉化後の基板の略図である。
【図１８】本発明の別の好適な実施例の略図である。
【図１９】本発明の別の好適な実施例の略図である。
【図２０】本発明の三種の異なる方法で形成した接合ピンの実施例の略図である。
【図２１】本発明の三種の異なる方法で形成した接合ピンの実施例の略図である。
【図２２】本発明の三種の異なる方法で形成した接合ピンの実施例の略図である。
【図２３】本発明の撮像素子と映像制御モジュールの組合せの好適な実施例の略図である。
【図２４】本発明の撮像素子と映像制御モジュールの組合せの好適な実施例の略図である。
【図２５】本発明の二種の固定焦点を具えた映像モジュールの実施例の略図である。
【図２６】本発明の二種の固定焦点を具えた映像モジュールの実施例の略図である。
【図２７】本発明の二種の可変焦点を具えた映像モジュールの実施例の略図である。
【図２８】本発明の二種の可変焦点を具えた映像モジュールの実施例の略図である。
【符号の説明】
【００５３】
１００、１１０、３１０ パッケージユニット
６５０   光電転換部材
１０１、１１１  凹部
６４６、９６６  接合プラグ
１０２、１１２  インナーリード
６５２   撮像周辺回路
１０３   セラミック基板
５３０   撮像基板
１０４、３１１、４９２ 撮像チップ
７４１、９６１、９８１ 溝
５３１   撮像素子
５２９   ウエハ
１０５、１１５、１５０、２１０、９６０ 粘着層
７４０   基板上表面
１０６、９６３  電極ボンディングパッド
７４５   基板下表面
１０７、３２９、４９４ ワイヤ
７４２、７４３、９８２ 絶縁層
１１３   樹脂基板
８５１   誘電層
１１７   リードフレーム
８５５   保護層
１２２   アウターリード
９７１   透明窓下表面
３１４、４９６  環状樹脂フレーム
９８１   チャンバ
３１８   フレキシブル回路基板
３１２、４９３   回路基板
９５３、９７３、９８３ 接合ピン
３１６、４９５、９７０ 透明窓
４９８、２２０  レンズ
９７５、１７５  突起
４９１   映像制御チップ
８７６、１７６  受孔
２００、２４０  レンズシステム
２３０   伸縮部材
９６３   接合ピンパッド
９８０   透明材料
９９０   制御モジュール回路
９６５   支持層
１９０   フレキシブル導電部材
９８４   電気的接続層
５３２   チップ切断部
【図１】
2005142575.tif 000003
【図２】
2005142575.tif 000004
【図３】
2005142575.tif 000005
【図４】
2005142575.tif 000006
【図５】
2005142575.tif 000007
【図６】
2005142575.tif 000008
【図７】
2005142575.tif 000009
【図８】
2005142575.tif 000010
【図９】
2005142575.tif 000011
【図１０】
2005142575.tif 000012
【図１１】
2005142575.tif 000013
【図１２】
2005142575.tif 000014
【図１３】
2005142575.tif 000015
【図１４】
2005142575.tif 000016
【図１５】
2005142575.tif 000017
【図１６】
2005142575.tif 000018
【図１７】
2005142575.tif 000019
【図１８】
2005142575.tif 000020
【図１９】
2005142575.tif 000021
【図２０】
2005142575.tif 000022
【図２１】
2005142575.tif 000023
【図２２】
2005142575.tif 000024
【図２３】
2005142575.tif 000025
【図２４】
2005142575.tif 000026
【図２５】
2005142575.tif 000027
【図２６】
2005142575.tif 000028
【図２７】
2005142575.tif 000029
【図２８】
2005142575.tif 000030