(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１ウエハーに傾斜した第１段差を形成する段階、前記第１段差による傾斜面に、側面から入射する光を反射屈折させる第１反射面を形成する段階、及び前記第１段差による下端面に少なくとも一つの第１マイクロレンズを形成する段階からなる第１デバイス形成段階と、
第２ウエハーに傾斜した第２段差を形成する段階、前記第２段差による傾斜面に、側面から入射する光を反射屈折させる第２反射面を形成する段階、及び前記第２段差による上端面の一部に少なくとも一つの第２マイクロレンズを形成する段階からなる第２デバイス形成段階と、
前記第１段差による上端面に第１ディープビアを形成し、前記第２段差による上端面の他部に第２ディープビアを形成する段階と、
前記第１及び第２ディープビアを金属で埋め立てる段階と、
前記第１段差による上端面と前記第２段差による上端面の他部とを対面させ、前記第１ディープビアに埋め立てられた金属と前記第２ディープビアに埋め立てられた金属とを接着させる段階と、
からなり、
前記第１段差による上端面と前記第２段差による上端面の他部との対面時に、前記第２段差による上端面において前記第１反射面より反射屈折した光が到達する領域に前記第２マイクロレンズを形成し、
前記第１段差による下端面において前記第２反射面より反射屈折した光が到達する領域に前記第１マイクロレンズを形成する、
ことを特徴とするデュアルイメージセンサの製造方法。
【請求項２】
前記第１ウエハーを傾斜するように乾式エッチングし、前記傾斜した第１段差を形成することを特徴とする、請求項１に記載のデュアルイメージセンサの製造方法。
【請求項３】
前記第２ウエハーを傾斜するように乾式エッチングし、前記傾斜した第２段差を形成することを特徴とする、請求項１に記載のデュアルイメージセンサの製造方法。
【請求項４】
前記第１ディープビアを、銅、タングステン及びアルミニウムの金属のうちいずれか一つで埋め立てることを特徴とする、請求項１に記載のデュアルイメージセンサの製造方法。
【請求項５】
前記第２ディープビアを、銅、タングステン及びアルミニウムの金属のうちいずれか一つで埋め立てることを特徴とする、請求項１に記載のデュアルイメージセンサの製造方法。
【請求項６】
前記第１段差による上端面と前記第２段差による上端面の他部との対面時に、前記第１ディープビアに埋め立てられた金属と前記第２ディープビアに埋め立てられた金属とを接着させるために前記第１及び第２ウエハーにアニールを行うことを特徴とする、請求項１に記載のデュアルイメージセンサの製造方法。
【請求項７】
前記第１段差による上端面全体が前記第２段差による上端面において前記第２マイクロレンズの形成される一部を除く他部と対面するように、前記第１段差と前記第２段差とを互いにずらして形成することを特徴とする、請求項１に記載のデュアルイメージセンサの製造方法。
【請求項８】
傾斜した第１段差を持つ第１ウエハー、前記第１段差による傾斜面に光の反射屈折のために形成される第１反射面、前記第１段差による下端面に形成される少なくとも一つの第１マイクロレンズ、及び前記第１段差による上端面に金属が埋め立てられてなる第１ディープビアを備える第１デバイスと、
傾斜した第２段差を持つ第２ウエハー、前記第２段差による傾斜面に光の反射屈折のために形成される第２反射面、前記第２段差による上端面の一部に形成される少なくとも一つの第２マイクロレンズ、及び前記第２段差による上端面の他部に金属が埋め立てられてなる第２ディープビアを備える第２デバイスと、
から構成され、
前記第１段差による上端面と前記第２段差による上端面の他部とが対面することによって前記第１ディープビアに埋め立てられた金属と前記第２ディープビアに埋め立てられた金属とが接着し、一つのイメージセンサチップを構成し、
前記第１マイクロレンズは、前記第１段差による下端面において前記第２反射面より反射屈折した光が到達する領域に備えられ、
前記第２マイクロレンズは、前記第２段差による上端面において前記第１反射面より反射屈折した光が到達する領域に備えられる、
ことを特徴とするデュアルイメージセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子に係り、特に、システムインパッケージ（Ｓｙｓｔｅｍ  Ｉｎ  Ｐａｃｋａｇｅ：ＳＩＰ）技術を用いて製造されるデュアルイメージセンサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサとは、光学映像（ｏｐｔｉｃａｌ  ｉｍａｇｅ）を電気信号に変換させる半導体素子のことをいう。
【０００３】
イメージセンサは、電荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）とＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサとに大別されることができる。
【０００４】
ＣＭＯＳイメージセンサは、周辺回路である制御回路（Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）及び信号処理回路（Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）を同時に集積できるＣＭＯＳ技術を用いて画素数だけのＭＯＳトランジスタを作り、これを通じて出力（Ｏｕｔｐｕｔ）を検出するスイッチング方式を採用する。
【０００５】
ＣＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ  Ｄｉｏｄｅ）及び複数のＭＯＳトランジスタで構成され、基本的に、イメージセンサチップの前後から入射する光、すなわち、可視光線を電気的信号に変換して映像化する。
【０００６】
一方、今後の技術の発達に伴ってイメージをより立体的に具現する必要性があると考えられる。しかしながら、現在のイメージセンサチップの構造では、前後から入射する光でしかイメージを具現できず、立体的映像化を実現するのには限界があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上記の点に鑑みてなされたもので、その目的は、半導体素子自体の微細回路製造技術の一つであるＳＩＰを用いて一つのイメージセンサチップとしながら立体的映像化を実現できるようにしたデュアルイメージセンサ及びその製造方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、一つのイメージセンサチップとしながら、前後から入射する光の他にも一側面または両側面から入射する光までも映像化することによって立体的映像化を実現できるようにしたデュアルイメージセンサ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明は、第１ウエハーに傾斜した第１段差を形成する段階、前記第１段差による傾斜面に、側面から入射する光を反射屈折させる第１反射面を形成する段階、及び前記第１段差による下端面に少なくとも一つの第１マイクロレンズを形成する段階からなる第１デバイス形成段階と、第２ウエハーに傾斜した第２段差を形成する段階、前記第２段差による傾斜面に、側面から入射する光を反射屈折させる第２反射面を形成する段階、及び前記第２段差による上端面の一部に少なくとも一つの第２マイクロレンズを形成する段階からなる第２デバイス形成段階と、前記第１段差による上端面に第１ディープビアを形成し、前記第２段差による上端面の他部に第２ディープビアを形成する段階と、前記第１及び第２ディープビアを金属で埋め立てる段階と、前記第１段差による上端面と前記第２段差による上端面の他部とを対面させ、前記第１ディープビアに埋め立てられた金属と前記第２ディープビアに埋め立てられた金属とを接着させる段階と、からなるデュアルイメージセンサの製造方法によって達成される。
【００１０】
好ましくは、前記第１段差による上端面と前記第２段差による上端面の他部との対面時に、前記第２段差による上端面において前記第１反射面より反射屈折した光が到達する領域に前記第２マイクロレンズを形成し、また、前記第１段差による下端面において前記第２反射面より反射屈折した光が到達する領域に前記第１マイクロレンズを形成する。
【００１１】
好ましくは、前記第１ウエハー及び第２ウエハーを傾斜するようにそれぞれ乾式エッチングし、前記傾斜した第１段差及び第２段差を形成する。
【００１２】
好ましくは、前記第１及び第２ディープビアを、銅、タングステン及びアルミニウムの金属のうちいずれか一つで埋め立てる。
【００１３】
好ましくは、前記第１段差による上端面と前記第２段差による上端面の他部との対面時に、前記第１及び第２ウエハーにアニールを行い、前記第１ディープビアに埋め立てられた金属と前記第２ディープビアに埋め立てられた金属とを接着させる。
【００１４】
好ましくは、前記第１段差による上端面全体が前記第２段差による上端面において前記第２マイクロレンズの形成される一部を除く他部と対面するように、前記第１段差と前記第２段差とを互いにずらして形成する。
【００１５】
上記の目的を達成するための本発明は、傾斜した第１段差を持つ第１ウエハー、前記第１段差による傾斜面に光の反射屈折のために形成される第１反射面、前記第１段差による下端面に形成される少なくとも一つの第１マイクロレンズ、及び前記第１段差による上端面に金属が埋め立てられてなる第１ディープビアを備える第１デバイスと、傾斜した第２段差を持つ第２ウエハー、前記第２段差による傾斜面に光の反射屈折のために形成される第２反射面、前記第２段差による上端面の一部に形成される少なくとも一つの第２マイクロレンズ、及び前記第２段差による上端面の他部に金属が埋め立てられてなる第２ディープビアを備える第２デバイスと、から構成され、前記第１段差による上端面と前記第２段差による上端面の他部とが対面することによって前記第１ディープビアに埋め立てられた金属と前記第２ディープビアに埋め立てられた金属とが接着し、一つのイメージセンサチップを構成するデュアルイメージセンサによって達成される。
【００１６】
好ましくは、前記第１マイクロレンズは、前記第１段差による下端面において前記第２反射面より反射屈折した光が到達する領域に備えられ、前記第２マイクロレンズは、前記第２段差による上端面において前記第１反射面より反射屈折した光が到達する領域に備えられる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のある態様によれば、２枚のウエハーを一つのイメージセンサチップとすることができるともに、各ウエハーに形成された段差によりイメージセンサチップの側面が開放され、この開放された側面から入射する光を電気的信号に変えることができるため、基本的にイメージセンサチップの前後から入射する光だけでなく、一側面または両側面から入射する光もイメージに映像化でき、立体的画面の具現が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付の図面に基づく実施例の詳細な説明から明白になる。
【００２０】
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施例の構成とその作用について説明するが、図面に図示され且つこれに基づいて説明される本発明の構成と作用は、少なくとも一つの実施例として提示されたもので、この実施例によって本発明の技術的思想とその核心構成及び作用が制限されることはない。
【００２１】
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明によるデュアルイメージセンサ及びその製造方法の好適な実施例について詳細に説明する。
【００２２】
本発明では、複数のウエハーを半導体素子自体の微細回路製造技術の一つであるＳＩＰを用いて接着させることによって一つのイメージセンサチップとする。
【００２３】
特に、各ウエハーは、傾斜した段差を有し、２枚のウエハーの段差のある面を対面させ、一つのイメージセンサチップを製造する。すなわち、２枚のウエハーを相互連結して一つのパッケージとする。ここで、２枚のウエハー間の相互連結は、チップの具現によって回路的連結であっても良い。また、２枚のウエハー間の相互連結のために各ウエハーにはビアパターンが設けられる。
【００２４】
図１は、本発明によるデュアルイメージセンサを製造するための上側デバイスを示す断面図であり、図２は、本発明によるデュアルイメージセンサを製造するための下側デバイスを示す断面図である。
【００２５】
図１の上側デバイスと図２の下側デバイスとがＳＩＰによって接触して一つのイメージセンサチップとなる。すなわち、２枚のウエハーでワンチップ（Ｏｎｅ  ｃｈｉｐ）を形成する。
【００２６】
図１を参照して、上側の第１デバイスを形成する手順について説明する。まず、ウエハーに傾斜した第１段差を形成する。
【００２７】
具体的に、ウエハーに傾斜が形成されるように乾式エッチングし、傾斜した第１段差を形成する。
【００２８】
続いて、第１段差による傾斜面に第１反射面２０ａを形成する。第１反射面２０ａは、銀（Ａｇ）やチタンのように反射率の高い金属を、第１段差による傾斜面に蒸着して形成する。もちろん、蒸着された金属にパターニング後にエッチングを行って最終の第１反射面２０ａを形成する。第１反射面２０ａは、側面から入射する光を反射屈折させる。
【００２９】
なお、第１段差による下端面に少なくとも一つの第１マイクロレンズ１０ａを形成する。第１マイクロレンズ１０ａの形成過程は、一般化した技術とすればいいので、その詳細な説明は省略する。
【００３０】
そして、第１段差による上端面に第１ディープビア３０ａを形成する。続いて、銅、タングステンまたはアルミニウムのような金属をスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）方式で蒸着し、第１ディープビア３０ａを金属で十分に埋め立てる。その後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）のような平坦化工程を行い、外部の一部金属物質を除去する。
【００３１】
この第１ディープビア３０ａのように金属の埋め立てられるディープビアをウエハーに複数個形成することが好ましい。
【００３２】
次に、図２を参照して下側の第２デバイスを形成する手順について説明する。
【００３３】
まず、他のウエハーに傾斜した第２段差を形成する。ここで、第２段差の形成位置は、第１段差と重ならないようにする。すなわち、後続工程で上側の第１デバイスと下側の第２デバイスとが接着するときに、第１段差による傾斜面と第２段差による傾斜面とが互いに一致しないように各ウエハーへの乾式エッチングを実施する。例えば、ウエハーの周縁部からの距離で比較する時、第１段差による傾斜面が第２段差による傾斜面よりも内側に配置されるようにする。すなわち、第１段差と第２段差が互いにずれるようにする。
【００３４】
前述した第１段差との位置関係となるように、他のウエハーに傾斜が形成されるように乾式エッチングを行い、傾斜した第２段差を形成する。
【００３５】
続いて、第２段差による傾斜面に第２反射面２０ｂを形成する。第２反射面２０ｂは、銀（Ａｇ）やチタンのように反射率の高い金属を、第２段差による傾斜面に蒸着して形成する。もちろん、蒸着された金属にパターニング後にエッチングを行い、最終の第２反射面２０ｂを形成する。第２反射面２０ｂは、第１反射面２０ａと同様に側面から入射する光を反射屈折させる。
【００３６】
そして、第２段差による上端面の一部に少なくとも一つの第２マイクロレンズ１０ｂを形成する。第２マイクロレンズ１０ｂの形成過程も同様に、一般化した技術とすれば良いので、その詳細な説明は省略する。
【００３７】
なお、第２段差による上端面において第２マイクロレンズ１０ｂの形成されていない他部に第２ディープビア３０ｂを形成する。続いて、銅、タングステンまたはアルミニウムのような金属をスパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）方式で蒸着し、第２ディープビア３０ｂを金属で十分に埋め立てる。その後、ＣＭＰのような平坦化工程を行い、外部の一部金属物質を除去する。
【００３８】
第２ディープビア３０ｂに金属が埋め立てられて形成される金属柱を、ウエハーに複数個形成することが好ましい。ただし、図１のウエハーと図２のウエハーが一対一対応して接着するように、両ウエハーに形成される金属柱は同一個数とすることが好ましい。
【００３９】
図３は、本発明によるデュアルイメージセンサを製造するために図１の上側デバイスと図２の下側デバイスとを対面させた構造を示す断面図である。
【００４０】
図３を参照すると、上記のようにして図１の上側デバイスと図２の下側デバイスが用意されると、図３に示すように、上側デバイスと下側デバイスが互いに対面するように配置する。
【００４１】
図４は、本発明によるデュアルイメージセンサを製造するために図３の対面構造によって上側デバイスと下側デバイスとを接着させた構造を示す断面図である。
【００４２】
これら両デバイスが対面するように配置した後に、両デバイスのディープビアパターンを接着させる。これで、２つのデバイスが一つのイメージセンサチップとして完成する。
【００４３】
上記ディープビアパターンを接着させるために、例えば、まず、両デバイスのウエハーにアニールを行う。以降再び冷却すると、両デバイスの各ディープビアパターンに形成された金属柱が互いに対応して接着する。
【００４４】
これらの両デバイスの接着が完了すると、第１段差による上端面の全体は第２段差による上端面の一部、すなわち、第２段差による上端面において第２マイクロレンズ１０ｂのを形成されていない部分と対面して付着する。
【００４５】
一方、上記の各ウエハーにおいてマイクロレンズ１０ａ，１０ｂが形成される領域を定義すると、第１段差による上端面全体が第２段差による上端面の他部と対面された状態において、第２段差による上端面において第１反射面２０ａから反射された光が到達する領域に第２マイクロレンズ１０ｂを形成し、第１段差による下段面において第２反射面２０ｂから反射屈折した光が到達する領域に第１マイクロレンズ１０ａを形成する。
【００４６】
そして、上側デバイスのウエハー内部と下側デバイスのウエハー内部には、マイクロレンズ１０ａ，１０ｂに対応する複数のフォトダイオード（図示せず）などが設けられる。
【００４７】
また、第１反射面２０ａと第２反射面２０ｂは、４５°または４５°内外の角度だけ傾斜するように形成されることが好ましい。これは、イメージセンサチップの側面から水平に入射する光を垂直に反射屈折させるためである。
【００４８】
要するに、上記の手順によって形成されるイメージセンサチップの構造は下記の通りである。
【００４９】
第１デバイスは、ウエハーに設けられる第１反射面２０ａ、第１マイクロレンズ１０ａ及び第１ディープビアパターン３０ａで構成される。基本的に、ウエハーは、傾斜した第１段差を有し、第１反射面２０ａがこの第１段差による傾斜面に光の反射屈折のために設けられる。そして、少なくとも一つの第１マイクロレンズ１０ａが該第１段差による下端面に設けられる。具体的に、第１マイクロレンズ１０ａは、第１段差による下端面において後述される第２反射面２０ｂより反射屈折した光が到達する領域に設けられる。最後に、第２デバイスとの接着のために、金属の埋め立てられた第１ディープビアパターン３０ａが、第１段差による上端面に設けられる。
【００５０】
第２デバイスは、ウエハーに設けられる第２反射面２０ｂ、第２マイクロレンズ１０ｂ及び第２ディープビアパターン３０ｂで構成される。基本的に、第２デバイスのウエハーも同様に、傾斜した第２段差を有する。ただし、この第２段差は、第１デバイスとの接着時には第１デバイスの第１段差と互いにずれるように配置される。
【００５１】
なお、第２反射面２０ｂが、第２段差による傾斜面に光の反射屈折のために設けられる。そして、少なくとも一つの第２マイクロレンズ１０ｂが第２段差による上端面の一部に設けられる。具体的に、第２マイクロレンズ１０ｂが、第２段差による上端面において第１反射面２０ａより反射屈折した光が到達する領域に設けられる。最後に、第１デバイスとの接着のために金属の埋め立てられた第２ディープビアパターン３０ｂが、第２段差による上端面において第２マイクロレンズ１０ｂが設けられた以外の箇所に設けられる。
【００５２】
上記のように構成された第１デバイスと第２デバイスが対面し、これにより第１ディープビアパターン３０ａに埋め立てられた金属と第２ディープビアパターン３０ｂに埋め立てられた金属とが接着し、これで、２枚のウエハーの連結によって一つのイメージセンサチップが構成される。
【００５３】
一方、本発明によるイメージセンサチップは、段差を有する２枚のウエハーが結合することによって側面が開放された構造となる。これにより、上記の第１及び第２反射面２０ａ，２０ｂはイメージセンサチップの開放された側面から入射する光を反射屈折させ、第１及び第２マイクロレンズ１０ａ，１０ｂに伝達することが可能になる。
【００５４】
以上では、本発明によるイメージセンサチップの一側面のみ開放される構造について説明したが、本発明についての上記の説明からイメージセンサチップの両側面が開放される構造も想到できる。
【００５５】
また、以上ではイメージセンサチップの側面から入射する光を伝達するための構成及び製造手順について説明したが、基本的にイメージセンサチップの前後から入射する光を伝達するための構成が本発明に追加されることは当然である。したがって、イメージセンサチップの前後から入射する光を伝達するための構成の追加については本発明では説明を省略する。
【００５６】
以上では具体的な実施例に挙げて本発明を説明してきたが、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で様々な変形が可能であるということは、本発明の属する技術分野における通常の知識を持つ者にとっては明らかである。
【００５７】
したがって、上記した本発明の実施例は限定的な観点ではなく説明的な観点で考慮されなければならず、本発明の範囲は、上記の説明ではなく特許請求の範囲によって定められるべきである。したがって、特許請求の範囲及びこれと同等な範囲内における様々な変形は本発明に含まれるものとして解析すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明によるデュアルイメージセンサを製造するための上側デバイスを示す断面図である。
【図２】本発明によるデュアルイメージセンサを製造するための下側デバイスを示す断面図である。
【図３】本発明によるデュアルイメージセンサを製造するために図１の上側デバイスと図２の下側デバイスとを対面させた構造を示す断面図である。
【図４】本発明によるデュアルイメージセンサを製造するための図３の対面構造によって上側デバイスと下側デバイスとが接着した後の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０ａ  マイクロレンズ、  １０ｂ  マイクロレンズ、  ２０ａ  反射面、  ２０ｂ  反射面、  ３０ａ  ディープビア、  ３０ｂ  ディープビア。  
【図１】
0004958882.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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