专利名称：具保护层的影像传感器的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种影像传感器(image sensor)，特别是有关于一种影像传感器结构及其制造的方法，该结构物可以避免微透镜(micro lens)上的粒子(particle)污染。
背景技术：
半导体技术的发展非常地快速，特别是半导体晶粒(semiconductor dice)有趋于小型化的倾向。然而，半导体晶粒的功能的需求却有相对多样化的倾向。换言之，半导体晶粒于一较小区域中需求更多的输入/输出垫(pads)，所以引脚(pins)的密度也随之快速提高。其导致了半导体晶粒的封装变得更困难且降低良率。封装结构的主要目的在于保护晶粒免受外部损伤。此外，由晶粒产生的热在于必须有效率地透过封装结构发散，以确保晶粒的运作。大部分封装技术是先将一晶圆上晶粒分割成为个别晶粒，然后再封装与测试个别的晶粒。另外，一种称为「晶圆级封装」(WaferLevel PackageWLP)的封装技术，可以在分割晶粒成为个别晶粒之前，于一晶圆上封装晶粒。晶圆级封装技术有一些优点，例如生产周期较短，成本较低以及不需要填充物(under-fill)或灌模封装(molding)。
一种数字影像技术已广泛运用至影像射影装置，例如数字相机、影像扫描仪等。传统的互补式金氧半导体(Complementary Metal-Oxide SemiconductorCMOS)传感器是置于一电路板(circuit board)之上。互补式金氧半导体传感器具有一芯片(chip)固定于其中。透镜座具有一聚焦透镜，以将影像聚焦到互补式金氧半导体传感器的芯片上。透过上述透镜，影像信号通过由芯片送到一数字处理器，用以转换模拟信号成为数字信号。互补式金氧半导体传感器的芯片对于红外线(infrared ray)与灰尘粒子相当敏感。如果不需要的粒子没有从传感器上移除，将导致组件的品质下降。为了达到上述目的，通过由手工移除可能会伤害敏感的芯片。典型地，影像传感器模块(module)是利用芯片直接封装(Chip On BoardCOB)或无引线芯片载体(Leadless Chip CarrierLCC)的方法形成。芯片直接封装的一缺点为封装过程期间，由于在感测区域的粒子污染而降低良率。此外，无引线芯片载体的缺点在于感测区域的粒子污染，所以其封装成本较高并且其良率较低。
再者，微透镜是半导体中用来作为固态影像组件(solid state imaging devices)的光学部件。在设计与制造微透镜中最重要考量的一是感旋光性(photosensitivity)。微透镜感旋光性可能降低的原因，是由于每个微透镜的区域已降低至一理想值以下。此外，SHELL CASE公司也发展晶圆级封装技术，由SHELL CASE所封装的影像传感器晶粒，由于需要二片玻璃板与复杂制程，所以其成本较高。并且，由于环氧化物(epoxy)的破损(wearing out)，造成透光度不佳，并且其潜在的可靠度将降低。公告于1996年5月7日的美国第5,514,888号专利，芯片遮蔽式固态影像传感器及其制造方法(ON-CHIP SCREEN TYPESOLID STATE IMAGE SENSOR AND MANUFACTURINGMETHOD THEREOF)，该专利是由Yoshikazu Sano等人所申请，其是教示一种在硅基底上形成电耦合组件(charge-coupled devicesCCDS)的方法。一微透镜阵列是利用传统的微影技术与回流(re-flow)技术而形成于电耦合组件阵列之上。
因此，目前所需要的是提供一新颖的影像传感器结构以防止感测区域上的粒子污染。
发明内容
鉴于以上现有技术的问题而提出本发明，并且本发明的目的在于提供一种影像传感器晶粒结构与其制造的方法，其在微透镜上无粒子污染。
一种影像感测晶粒，包含一基底与一影像传感器阵列，其形成于基底之上。微透镜，置于影像传感器阵列之上。一保护层(protection layer)，具有防水性(repellency)与/或防油性的特性，形成于微透镜之上以防止微透镜受到粒子污染。较佳地，保护层为一低折射率层。保护层包括聚甲基丙烯酸甲酯(PolymethylmethacrylatPMMA)、旋转涂布玻璃(Spinon GlassSOG)、聚碳酸酯(PolyCarbonate)、氟高分子(Fluoropolymer)、二氧化硅以及三氧化二铝。影像传感器阵列包括互补式金氧半导体或电耦合组件。影像传感器晶粒更包含一滤光层，形成于保护层之上。影像传感器晶粒更包括一彩色滤光器，形成于影像传感器阵列之上。
图1是根据本发明的一具有二个晶粒的并列结构封装的示意图；图2是根据本发明的一具有二个晶粒的堆栈结构封装的示意图；
图3是根据本发明的一影像传感器晶粒的示意图；图4是根据本发明的一保护层形成于微透镜之上的示意图。
图标符号对照表绝缘基板200影像感应晶粒201晶粒202附着材料203金属垫204第一介电层205接触导电层206第二介电层207焊接球208绝缘层209金属垫210绝缘基板300影像感应晶粒301晶粒302第一介电层303第二介电层304接触导电层305a、305b绝缘层306焊锡球307金属垫308、309附着材料310a、310b第三介电层311基底100感测区域102绝缘层110
彩色滤光层120红次图素区域120R绿次图素区域120G蓝次图素区域120B层130微透镜140保护层150过滤层160具体实施方法在此，本发明的一些实施例将详细地叙述。然而，应该了解的是除了这些明确的叙述外，本发明可以实施在一广泛范围的其它实施例中，并且本发明的范围没有明确限制于上述实施例中，其当视后面的专利申请范围而定。此外，不同组件的部件并未依照比例显示。上述相关部件的尺寸是被扩大，并且无意义的部分将不显示，以提供本发明更清楚的叙述与理解。
一种晶圆级封装结构，如图1所示。上述封装结构包括一绝缘基板200、影像感应晶粒201与晶粒202、第一介电层205、第二介电层207、接触导电层206、绝缘层209与焊接球208。上述绝缘基板200的材质可以是玻璃、硅、陶磁或晶体材料等等，并且其具有圆形或矩形的形状。上述影像感应晶粒201与晶粒202是以并列的方式一起封装。上述影像感应晶粒201与晶粒202是利用一具有良好热传导性的UV烘烤型态材料与/或热烘烤型态附着材料203而附着到上述绝缘基板200之上。上述第一介电层205形成于上述绝缘基板200之上，其是在绝缘基板200之上的上述影像感应晶粒201与晶粒202之外填满上述第一介电层205。上述第一介电层205的材质可以为硅胶(Silicon rubber)。
上述第二介电层207形成于上述影像感应晶粒201之上，其覆盖了上述影像感应晶粒201的感光区域。上述第二介电层207的材质可以为二氧化硅(SiO2)，其是用来作为保护模(protection film)之用。另外，一滤光层(filtering film)可以形成于上述影像感应晶粒201之上的上述第二介电层207之上。上述滤光层(filtering film)例如是一红外线滤光层(IR filteringlayer)，其可以用来滤波之用。
上述接触导电层206形成于上述影像感应晶粒201的金属垫210与晶粒202的金属垫204之上，以完全覆盖住上述金属垫210与金属垫204。也就是说，上述接触导电层206分别与上述金属垫210与金属垫204作电性耦合。上述接触导电层206的材质可以包括镍(Ni)、铜(Cu)、金(Au)与其组合。上述金属垫210与金属垫204例如为铝垫(Al pad)。上述绝缘层209形成于上述接触导电层206之上，并且上述绝缘层209具有开口形成于上述接触导电层206之上。上述绝缘层209的材质可以包括环氧化物层(epoxy)、树脂或SINR(一种Siloxane polymer)或BCB。上述金属焊接球208是利用锻烧的方法而形成于上述开口之上，使得上述金属焊接球208分别与上述接触导电层206耦合。上述金属焊接球208例如为焊锡球(solderballs)208。
上述晶粒202的型态可以选自DSP晶粒、主动(active)晶粒、被动(passive)晶粒、支撑(support)晶粒、CPU晶粒或处理器(processor)晶粒；而上述影像感应晶粒201可以为互补式金氧半导体影像感应晶粒。上述影像感应晶粒201与晶粒202是为并列结构的封装。
此外，另一种晶圆级封装结构，如图2所示。其特征是为芯片采用堆栈方式建构。上述封装结构包括一绝缘基板300、影像感应晶粒301与晶粒302、第一介电层303、第二介电层304、第三介电层311、接触导电层305a、305b、绝缘层306与焊接球307。上述绝缘基板300的材质可以是玻璃、硅、陶磁或石英晶体材料等等，并且其具有圆形或矩形的形状。上述影像感应晶粒301与晶粒302是以堆栈的方式一起封装。上述晶粒302是利用一具有良好热传导性的UV烘烤型态材料与/或热烘烤型态附着材料310a而附着到上述绝缘基板300之上。上述第一介电层303形成于上述绝缘基板300之上，其是在上述绝缘基板300之上的上述晶粒302之外填满上述第一介电层303。上述第一介电层303的材质可以为硅胶(Silicon rubber)。
上述接触导电层305a形成于上述晶粒302的金属垫309之上以完全覆盖住上述金属垫309，上述接触导电层305a分别与上述金属垫309作电性耦合。上述影像感应晶粒301是利用一具有良好热传导性的U V烘烤型态材料与/或热烘烤型态附着材料310b而附着到上述晶粒302之上。上述第二介电层304形成于上述第一介电层303之上，其是在上述影像感应晶粒301之外填满上述第二介电层304，并且上述第二介电层304具有介层洞312形成于接触导电层305a之上。上述第二介电层304的材质可以为二氧化硅(SiO2)。
此外，第三介电层311形成于上述影像感应晶粒301之上，其覆盖了上述影像感应晶粒301的感光区域。然而，上述第三介电层311不会影响影像感应晶粒301的的运作。上述第三介电层311的材质可以为二氧化硅(SiO2)，其是用来作为保护模(protection film)之用。另外，一滤光层(filtering film)可以形成于上述影像感应晶粒301之上的上述第三介电层311之上。上述滤光层(filtering film)例如是一红外线滤光层(IRfiltering layer)，其可以用来滤波之用。
上述接触导电层305b填满上述介层洞312并形成于上述影像感应晶粒301的金属垫308之上以完全覆盖住该金属垫308。也就是说，上述接触导电层305b与上述金属垫308、接触导电层305a作电性耦合。上述接触导电层305a、305b的材质可以包括镍(Ni)、铜(Cu)、金(Au)与其组合。上述金属垫308与金属垫309例如为铝垫(Al pad)。上述绝缘层306形成于上述接触导电层305b之上，并且上述绝缘层306具有开口(未图示)形成于上述接触导电层305b之上。上述绝缘层306的材质可以包括环氧化物层、树脂与其组合。
上述金属焊接球307是利用焊接的方法而形成于上述开口之上，上述金属焊接球307分别与上述接触导电层305b耦合。上述金属焊接球307例如为焊锡球(solder balls)307。
上述晶粒302的型态可以选自DSP晶粒、主动(active)晶粒、被动(passive)晶粒、支撑(support)晶粒、CPU晶粒或处理器(processor)晶粒；而上述影像感应晶粒301可以为互补式金氧半导体影像感应晶粒。上述影像感应晶粒301与晶粒302是为堆栈结构的封装。
请参考图3，微透镜阵列140通常形成于硅芯片表面(top surfaces)之上。基底100可以在感测区域102中成长复数个互补式金氧半导体组件。影像传感器包含一绝缘层110，形成于基底100之上。接着，一彩色滤光层120形成于绝缘层100之上，其具有次图素区域(sub-pixel areas)适当地对准在基底100中的主动组件。另一层(layer)130通常形成于彩色滤光120之上。具有数种熟悉此领域技艺者的现有方法，可以接着形成微透镜阵列。透镜形成材料层140可运用到上述基底。适用于本发明的材料包括三聚氰胺树脂(melamine resin)与一般的酚醛基树脂(genericnovolac based resin)的混合物。个别透镜区域通过由罩幕曝光(masked exposure)与显影(developing)，形成于透镜材料层140之中。例如，一光阻(photoresistPR，未显示)形成于透镜材料层140之上。传统的微影技术，是通过由利用曝光与显影步骤以形成图案于光阻之中。然后去除(stripped)光阻。通过由控制时间与温度，以烘烤(baked)上述组件而回流(re-flow)透镜140成为适当光学型式。个别的红/绿/蓝(RGB)次图素区域120R、120G、120B分别地对准在基底100中的相对应的互补式金氧半导体组件之上，如熟悉技术所示。
本发明提供一种影像传感器组件，如图3所示。基底100的材料可以是玻璃、半导体材料、陶瓷或石英等。此外，一保护层150可以覆盖在微透镜140之上。保护层150的材料包含二氧化硅或三氧化二铝，其是通过由旋转涂布(spin coating)形成。再者，保护层150的材料可能是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，旋转涂布玻璃(SOG)，聚碳酸酯(PolyCarbonate)或含氟高分子(Fluoropolymer)。保护层150的厚度控制在小于0.5微米以下，以防止其影响到互补式金氧半导体组件的功能。此外，保护层150可能包含一滤光层160，例如红外线滤光层，形成于保护层150之上以作为一滤光器，如图4所示。保护层150可以防止微透镜受到粒子污染。使用者可以使用液体或气体冲洗，以移除在保护层150上的粒子而且不会伤害到微透镜。保护层具有防水性及/或防油性。较佳地，保护层是为一低折射率层。
一绝缘层(未显示)形成于基底100之上，具有无覆盖影像传感器区域的开口，以利于感测影像。绝缘层的材料可以选择的环氧化物，树脂与其组合。
本发明以较佳实施例说明如上，然其并非用以限定本发明所主张的专利权利范围。其专利保护范围当视后附的申请专利范围及其等同领域而定。凡熟悉此领域的技艺者，在不脱离本专利精神或范围内，所作的更动或润饰，均属于本发明所揭示精神下所完成的等效改变或设计，且应包含在下述的申请专利范围内。
权利要求
1.一种影像感测组件晶粒，其特征在于，包含一基底；影像感测组件阵列，形成于该基底之上；微透镜，置于该影像感测组件阵列之上；以及一保护层，形成于该微透镜之上，以防止该微透镜受到粒子污染。
2.如权利要求1所述的影像感测组件晶粒，其特征在于，所述该保护层包含聚甲基丙烯酸甲酯、旋转涂布玻璃、聚碳酸酯、含氟高分子、二氧化硅或三氧化二铝。
3.如权利要求1所述的影像感测组件晶粒，其特征在于，所述该影像感测组件阵列包含互补式金氧半导体或电耦合组件。
4.如权利要求1所述的影像感测组件晶粒，其特征在于，更包含一滤光层形成于该保护层之上。
5.如权利要求4所述的影像感测组件晶粒，其特征在于，所述该滤光层为红外线滤光膜。
6.如权利要求1所述的影像感测组件晶粒，其特征在于，更包含一彩色滤光组件形成于该影像感测组件阵列之上。
7.如权利要求1所述的影像感测组件晶粒，其特征在于，所述该基底的材料包含玻璃。
8.如权利要求1所述项的影像感测组件晶粒，其特征在于，所述该基底的材料包含半导体材料、陶瓷或石英。
9.如权利要求1所述的影像感测组件晶粒，其特征在于，所述该保护层的厚度约略小于0.5微米。
10.如权利要求1所述的影像感测组件晶粒，其特征在于，所述该保护层为一防水层、一防油层或一低折射率层。
全文摘要
本发明是具保护层的影像传感器。本发明一种影像传感器晶粒包含一基底与一形成于基底之上的影像传感器阵列。微透镜置于影像传感器阵列之上。一保护层形成于微透镜之上，以防止微透镜受到粒子污染。
文档编号H04N5/335GK1797777SQ20051005902
公开日2006年7月5日 申请日期2005年3月24日 优先权日2004年12月29日
发明者杨文焜, 杨锦成, 杨文彬, 孙文彬, 周昭男, 袁禧霙, 张瑞贤 申请人:育霈科技股份有限公司