专利名称：固态成像器件及其制作方法
技术领域：
本发明涉及固态成像器件及其制作方法，更具体地涉及芯片尺寸 封装类型的固态成像器件及其制作方法。
背景技术：
为了縮小数字相机、移动电话等的尺寸，需要縮小所结合的固态 成像器件的尺寸。传统的固态成像器件这样形成，使得将具有光接收 部分的图像传感器芯片包含于气密密封的封装中，例如陶瓷封装。然而，近来CSP (芯片尺寸封装)类型的固态成像器件被广泛应用。CSP 类型固态成像器件这样形成，使得首先引入隔板(spacer)以包围在 图像传感器芯片上的光接收部分的外围，然后透明的覆盖玻璃附到所 述隔板上以气密密封所述光接收部分。因此，所形成的固态成像器件 具有与作为裸芯片的图像传感器芯片几乎一样的小尺寸。作为CSP类型的固态成像器件的制作方法，提出了一种在晶片上完 成所述封装的方法(例如，参见已公开的日本专利No. 2002-231921)。 在这种制作方法中，首先将其上形成多个光接收部分的晶片和其上形 成多个隔板的透明衬底(覆盖玻璃的材料)相连，使得每一个隔板围 绕相应的光接收部分，然后晶片和透明衬底按照光接收部分被切割成 方块，以同时形成多个固态成像器件。同时，希望尽可能从已限定尺寸的单个晶片中生成尽可能多的图 像传感器芯片。因此，用于光接收部分封装的密封宽度(隔板的宽度) 希望縮小到大约100微米。CSP类型固态成像器件的这种密封宽度比大 概500微米到1毫米的传统密封的宽度小很多。为了通过小的密封宽度 得到足够的密封性能，需要使用合适的粘合剂。对于CSP类型固态成像 器件的粘合剂，存在通过加热固化的热固化粘合剂、通过施加UV光固 化的UV光固化粘合剂、以及通过室温下时间流逝而固化的室温固化粘合剂。然而，所有的方法都具有优点和缺点。热固化粘合剂具有高的玻璃转变点(Tg)，并且在高温下表现出良 好的密封性能和良好的防水性能。因为热固化粘合剂具有低的反应活 性，当将所述热固化粘合剂用于晶片的布线图案上时，不会出现电流 泄漏或其它问题。此外，因为热固化粘合剂可以在短时间内固化，所 以有非常好的生产率。然而，存在这样的问题热固化粘合剂需要加热以实现固化。固态成像器件的覆盖玻璃通常由低a射线玻璃制成，以防止a射线破坏光 接收部分的光电二极管。所述低(x射线玻璃的热膨胀系数大约为 6.7ppm广C，它大约为晶片热膨胀系数(通常为2ppm/。C到4ppm/'C)的 两倍。因此，当采用热固化粘合剂来实现透明衬底和晶片的结合时， 由于这两个衬底之间的热膨胀系数不同，当衬底从高温返回到室温以 后，在所结合的衬底中会可能出现几个毫米的翘曲。翘曲可能破坏衬 底，或者即使衬底没有被破坏，也会对后续工艺产生不良影响。UV固化粘合剂在高温下具有密封特性和防水特性，反应活性和固 化速度与热固化粘合剂相等，并且不需要加热过程来实现固化。因此， UV固化粘合剂适用于包括低a射线玻璃在内的组件的结合。然而，UV 固化粘合剂不能用于隔板和晶片的结合，因为隔板是由诸如硅之类的 材料构成，它们不能透射UV光。因为室温固化粘合剂不需要施加热或光来实现固化，所以可以将 其用于结合晶片和隔板。然而，室温固化粘合剂有高反应活性，可能 在晶片的布线图案上引起电流泄漏或其它问题。另外，因为室温固化 粘合剂具有低玻璃转变点(Tg)，在高温下的密封特性和防水特性不足。 此外，室温固化粘合剂需要长时间(例如16小时)来实现固化，因此 生产率很低。此外，固态成像器件在图像捕捉操作中会产生热。因为热膨胀系 数在图像传感器芯片和覆盖玻璃之间不同，由于当受热时热膨胀的不 同，图像传感器芯片和隔板之间以及隔板和覆盖玻璃之间的结合可能 会不牢固。本发明的一个目的是提供一种固态成像器件及其制作方法，以防5止在结合工艺中使用热固化粘合剂和uv固化粘合剂时出现的上述问 题。本发明的另一个目的是提供了一种固态成像器件及其制作方法， 以防止在图像捕捉操作中的热造成的固化不牢固。发明内容为了实现上述目的和其它目的，本发明的固态成像器件包括图 像传感器芯片，其上设置了用于执行光电转换的光接收部分；隔板， 附加到图像传感器芯片，用于围绕所述光接收部分的外围；和透明覆 盖玻璃，附加到所述隔板，用于密封隔板所包围的空间；以及至少一 个光学片，附加到所述覆盖玻璃。光学片由光学功能材料构成，例如 滤波功能，其热膨胀系数与图像传感器芯片的近似相同。光学片的热膨胀系数优选地为2ppm/'C至5ppm/。C，大约与典型的由硅构成的图像传感器芯片的热膨胀系数相等。此外，为了通过光学片调整覆盖玻璃的热膨胀系数并且防止每一个部件之间的结合的破坏，优选地，覆盖玻璃为热膨胀系数约等于或大于光学片的热膨胀系数的低(x射线玻璃。光学片是红外线消除滤波器(infrared cut filter)、光学低通滤波器、抗反射滤波器等等。优选地，所述部件通过具有至少120'C的玻璃转变点的粘合剂来结合。特别是，在隔板和覆盖玻璃之间以及在覆盖玻璃和光学片之间通 过具有至少120。C的玻璃转变点的UV固化粘合剂结合在一起，以及在图 像传感器和隔板之间通过具有至少120度的玻璃转变点的热固化粘合 剂结合。本发明的固态成像器件的制作方法包括分别密封晶片上设置的 多个光接收部分的工艺；以及与所述光接收部分相对应地切割晶片以 制作多个图像传感器芯片的工艺。分别密封晶片上的所述多个光接收 部分工艺包括在透明衬底的一个表面上形成多个隔板，以使每一个 隔板与每一个光接收部分相对应的工艺，其中所述透明衬底是覆盖玻 璃的材料；在隔板形成工艺之前或之后，将至少一个支撑衬底和透明衬底的另一个表面相固化的工艺。所述支撑衬底是光学片的材料，且 具有与晶片大约相同的热膨胀系数。用于密封光接收部分工艺还包括 在支撑衬底上切除透明衬底，以使与每一个光接收部分相对应的部分 保留以形成多个覆盖玻璃的工艺；利用热固化粘合剂将每一个隔板和 晶片相结合的工艺；以及与每一个光接收部分相对应地切割所述支撑 衬底以便形成多个光学片的工艺。此外，将每一个隔板和晶片相结合的工艺包括利用热固化粘合 剂涂敷每一个隔板的工艺；将每一个隔板叠加到晶片上的工艺；以及 加热以对所述热固化粘合剂进行固化的工艺。根据本发明的固态成像器件，由于将热膨胀系数近似等于图像传 感器芯片的光学片附加在覆盖玻璃上，调整覆盖玻璃的热膨胀以防止 由于成像操作时产生的热导致的固态成像器件的部件中的翘曲或破 裂。此外，由于用作覆盖玻璃的低a射线玻璃具有近似与光学片相同 或更大的热膨胀系数，因此可以更有效的调整低a射线玻璃的热膨胀。由于光学片是红外线消除滤波器、光学低通滤波器、抗反射滤波 器等等，与传统方法相比较，可以见信好用于制作固态成像器件的工 艺和成本。此外，由于图像传感器和隔板是通过具有至少12(TC的玻璃 转变点的热固化粘合剂结合的，不会发生电流泄漏，并且甚至在高温 和高湿度条件下也可以适当地密封所述光接收部分。根据本发明的固态成像器件的制作方法，由于将具有与晶片近似 相等热膨胀系数的支撑衬底附加到透明衬底，然后在支撑衬底上部分 地切除透明衬底以形成覆盖玻璃，因此即使在采用热固化粘合剂时， 支撑衬底几乎不会受到覆盖玻璃的热膨胀的影响。因此，防止了由于 衬底之间热膨胀系数不同而导致翘曲和破坏的原因。此外，由于单个支撑衬底的附加产生了多个固态成像器件，每一 个固态成像器件包括诸如红外线消除滤波器之类的光学片，可以提高 生产率。
图l是示出了本发明的固态成像器件的外观的透视图；图2是示出了所述固态成像器件结构的截面图；图3是示出了固态图像器件的制作工艺的流程图；图4是示出了第五项工艺程序的流程图；图5A是示出了第一项工艺的说明图；图5B是示出了第二项工艺的说明图；图5C是示出了第三项工艺的说明图；图5D是示出了第四项工艺的说明图；图5E是示出了第五项工艺的说明图；图5F是示出了第六项工艺的说明图；以及图5G是示出了第七项工艺的说明图。
具体实施方式
下面将描述本发明的固态成像器件的结构。如图1和图2所示，固 态成像器件2包括具有在其上表面上设置光接收部分3的图像传感器 芯片4;附加到图像传感器芯片4上表面上的框形隔板5，用于包围所述 光接收部分3;附加到隔板5上的透明覆盖玻璃6，用于密封所述光接收 部分3;以及附加到覆盖玻璃6上的红外线消除滤波器7(作为光学片)，用于消除红外光。图像传感器芯片4通过将硅单晶片分割为矩形片而形成。在图像传 感器芯片4的上表面上，在中心处存在执行光电转换的光接收部分3，并且在两个相对的侧端存在通过导线与安装板等相连的多个焊盘io。例如，图像传感器芯片4的厚度大约是300^im，热膨胀系数为2ppm/r 至4ppm/。C。光接收部分3包括排列成矩阵的多个光电二极管和用于传输在光 电二极管中积累的电荷的电荷耦合器件(CCD)。光接收部分3通过公知 的半导体工艺形成于图像传感器芯片4的上表面上。在光电二极管上， 附加了RGB(红、绿和蓝)滤色器和微透镜阵列3a。注意，可以使用C-MOS 图像传感器或其他类型的图像传感器来代替CCD图像传感器。焊盘10由导电材料在图像传感器芯片4的上表面上通过图案化形 成。此外，每一个焊盘10和光接收部分3通过图案化而相连。例如，固态成像器件2和安装板通过引线键合而相连。隔板5在中心具有开口 13，并且被键合在图像传感器芯片4的上表 面以包围在光接收部分3的外围。隔板5由诸如硅之类的无机材料形成， 其热膨胀系数近似等于图像传感器芯片4的热膨胀系数。隔板5的单面 截面具有约100^im的宽度和厚度。将覆盖玻璃6键合在隔板5的上表面上，以密封隔板5的开口13。由 于通过隔板5在覆盖玻璃6和光接收部分3之间形成间隙，微透镜阵列3a 不与覆盖玻璃6接触。作为覆盖玻璃6，使用只发射较小强度ot射线的 低a射线玻璃，以便防止光接收部分3的光电二极管光被a射线破坏。 例如，覆盖玻璃6的厚度为大约500pm，并且其热膨胀系数为大约为 6.7ppm/°C，大于图像传感器芯片4的热膨胀系数。将红外线消除滤波器7键合在覆盖玻璃6上以消除预定波长范围内 的红外线，以便防止重影和模糊。例如，红外线消除滤波器7是500nm 厚的光学玻璃，所述光学玻璃上涂敷有红外线消除滤波器(IRCF)，并 且具有大约4. 5ppni/'C的热膨胀系数，该热膨胀系数近似等于图像传感 器芯片4的热膨胀系数，但小于覆盖玻璃6的热膨胀系数。接下来，本发明的固态成像器件2的制作方法将参照图3和图4的流 程图和图5A至图5G的截面图来描述。如图5A所示，在第l项工艺中，将 硅衬底21 (隔板5的材料)键合在透明衬底20 (覆盖玻璃6的材料)的 表面上。如上所述，透明衬底20是低a射线玻璃，具有约为6.7ppm/'C 热膨胀系数和500pm的厚度，所述透明衬底20形成外径为8英寸的圆形 盘。硅衬底21具有2ppm/。C至4ppm/。C的热膨胀系数和100iam厚度，且形成外径为8英寸的圆形盘。为了将透明衬底20和硅衬底21结合在一起，使用UV固化粘合剂21。 例如，UV固化粘合剂24具有400000cps的粘性和145nC的Tg或127000cps 的粘性和144X:的Tg，并且通过旋涂方法或其它方法涂敷在透明衬底20 的一个表面上。通过使用具有至少12(TCTg的UV固化粘合剂，甚至在高 温和高湿度条件下，也可以适当地密封所述光接收部分3。透明衬底20和硅衬底21在真空环境下结合，以便防止空气泡进入 结合表面。通过真空压力，两个衬底彼此紧密接触。在结合之后后，UV固化粘合剂24通过穿过透明衬底20照射的UV光固定。注意存在以下 问题100jLim厚的硅衬底21有些难于处理且处理成本高。因此，可以 将具有一定厚度标准晶片附加到透明衬底20，然后通过背面研磨将厚 度减小到100pm。如图5B所示，在第2项工艺中，多个隔板5从硅衬底21上形成。例 如，隔板5可以通过下述的步骤形成。首先，抗蚀剂通过旋涂或其它方 法涂敷在硅衬底21上，并且对抗蚀剂进行预烘。接下来，通过光刻方 法对隔板5形状的掩膜图案进行曝光、显影和硬烘(hardbake)。然后， 通过各向异性干法刻蚀将硅衬底21整形为多个隔板5。留在隔板5上的 抗蚀剂和UV固化粘合剂24通过氧气灰化(ashing)或化学清洁方法来 去除。如图5C所示，在第3项工艺中，红外线消除滤波器衬底(下述为IRCF 衬底)27，即支撑衬底，粘附到透明衬底20的与其上形成有隔板5的表 面(隔板形成表面)相对的表面上。此后，具有隔板5的透明衬底20 和与其结合在一起的IRCF衬底27的单元称为密封衬底28。如上所述， IRCF衬底27具有约4. 5ppm广C的热膨胀系数和500^im的厚度。IRCF衬底 27的形状是圆形盘，其外径是与透明衬底20和硅衬底21直径相同的8 英寸，或是比透明衬底20大的矩形或多边形。为了结合透明衬底20和IRCF衬底27，使用UV固化粘合剂24。 UV固 化粘合剂24通过旋涂方法或其它方法涂敷在IRCF衬底27的一个表面。 透明衬底20和IRCF衬底27在真空环境下结合，以便防止空气泡进入结合表面中。通过真空压力，两个衬底彼此紧密接触。在结合之后，UV 固化粘合剂24通过穿过IRCF衬底27照射的UV光而固定。应当注意，有些类型的红外线消除滤波器并不透射UV光，当使用这种类型的红外线消除滤波器时，可以使用可见光固化粘合剂代替uv固化粘合剂24.此外，由于透明衬底20和IRCF衬底27之间的结合与固态 成像器件2的密封无关，所述粘合剂不需要有密封特性。如图5D所示，在第4项工艺中，透明衬底20与隔板5相对应地切割 成块，以形成多个覆盖玻璃，然而IRCF衬底27没有被切割。准确地说， 透明衬底20从密封衬底28的隔板边沿隔板5的外围切割成块。在这个阶段，在IRCF衬底27上也形成较浅深度的切口 (例如50pm)，使得切割 成块的透明衬底20能够顺利地从密封衬底28中分离。如图d和图5E所示，在第5项工艺中，将密封衬底28粘合在晶片31 上，在所述晶片31上形成有多个光接收部分3和焊盘10。为此目的，使 用例如具有350000cps的粘性、196。C的Tg和150。C下40分钟的固化条件 的热固化粘合剂32。为了在隔板5上涂敷热固化粘合剂32，使用转录方 法。首先，甚至弹性PRT膜等上涂敷薄的热固化粘合剂32。接下来，将 密封衬底28的隔板5叠加在所述膜上，然后剥离所述膜，使得将热固化 粘合剂32转录在隔板5上。然后，执行密封衬底28和晶片31之间的对准，将密封衬底28的隔 板5叠加在晶片31上，并且加热所述热固化粘合剂以进行固化。通过加 热，每一个部件根据其热膨胀系数而膨胀。然而，所述固态成像器件2 不会翘曲，因为晶片31和作为安装板的IRCF衬底27具有近似相等的热 膨胀系数。此外，由于透明衬底20己经被切割成覆盖玻璃6，每一个覆 盖玻璃6的膨胀不会引起IRCF衬底27和晶片31的翘曲。因此，所述部件的结合可以在固态成像器件2中以具有高密封特性且不会引起任何问题的方式来执行。另外，在热固化过程中，也加速 了覆盖玻璃6和隔板5之间的UV固化粘合剂24的固化，增强了密封特性。 此外，由于热固化粘合剂32具有高玻璃转变点(Tg)，因此高温下具有 较高的密封性质和抗湿特性。由于热固化粘合剂32具有低反应活性， 当被使用在晶片31的布线图案时，电流泄漏或其它问题不会发生。由 于热固化粘合剂32具有高固化速度，提高了固态成像装置2的生产率。如图5F所述，在第6项工艺中，多个红外线消除滤波器7通过切割 IRCF衬底27而形成。最终，如图5G所示，在第7项工艺中，将晶片31 切割成块以完成多个固态成像器件2的形成。在此实施例中，由于预先 切割透明衬底20，在IRCF衬底27的切割中，晶片31和切割刀刃之间存 在足够的空间。因此，可以减小由玻璃切割(glass shavings)引起 的对固态成像器件2的损害。在上述实施例中，首先隔板5形成在透明衬底20上，然后作为支撑 衬底的IRCF衬底27粘合到透明衬底20上。然而，也可以首先将IRCF衬ii底27粘合到透明衬底20上，然后再形成隔板5。在上述实施例中，IRCF 衬底27用作支撑衬底。然而，可使用在固态成像器件的其它滤波器， 例如光学低通滤波器和抗反射滤波器也可用作支撑衬底。此外，不会 破坏光进入到光接收部分3的透明玻璃衬底也可用作支撑衬底。在上述 实施例中，支撑衬底具有小于覆盖玻璃的热膨胀系数。然而，当覆盖 玻璃的热膨胀系数较小时，可以使用具有与覆盖玻璃近似相等热膨胀 系数的支撑衬底。在上述实施例中，固态成像器件具有留在覆盖玻璃上的支撑衬底。 然而，在将隔板和覆盖玻璃结合到晶片后，支撑衬底可以从覆盖玻璃 上去除。例如，具有低热膨胀系数的普通玻璃板用作支撑衬底，并且 玻璃板通过使用可剥离的粘合剂粘合在透明衬底上。之后，透明衬底 被分割为多片，并且其上具有隔板的透明衬底粘合到晶片上。然后， 玻璃板从透明衬底上剥离。例如，作为可剥离的粘合剂，存在通过UV 光固化然后能够通过热水膨胀和剥离的粘合剂。工业应用性优选地，将本发明应用于诸如数码相机和移动电话之类的光学设 备的固态成像器件中。
权利要求
1、一种固态成像器件，包括图像传感器芯片，其上设置有用于执行光电转换的光接收部分；隔板，附加到所述图像传感器芯片上，用于包围在所述光接收部分的外围；透明覆盖玻璃，附加到所述隔板，用于密封所述隔板所包围的空间；以及附加到所述覆盖玻璃的至少一个光学片，所述光学片由具有与所述图像传感器芯片近似相同的热膨胀系数的材料构成。
2、 根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述光学片的所述 热膨胀系数为2卯m/'C至5ppm/'C。
3、 根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述覆盖玻璃是热 膨胀系数近似等于或大于所述光学片的热膨胀系数的低a射线玻璃。
4、 根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述光学片为红外 线消除滤波器。
5、 根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述光学片为光学 低通滤波器。
6、 根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述光学片为抗反 射滤波器。
7、 根据权利要求1所述的固态成像器件，其中所述部件通过具有 至少120。C的玻璃转变点的粘合剂结合在一起。
8、 根据权利要求1所述的固态成像器件，其中在所述隔板和所述覆盖玻璃之间以及所述覆盖玻璃和所述光学片之间是通过具有至少 12(TC的玻璃转变点的UV固化粘合剂结合的。
9、 根据权利要求1所述的固态成像器件，其中在所述图像传感器 和所述隔板之间是通过具有至少12(TC的玻璃转变点的热固化粘合剂 结合的。
10、 一种固态成像器件的制作方法，包括分别密封晶片上设置的 多个光接收部分的工艺和与所述光接收部分相对应地切割晶片以制作多个图像传感器芯片的工艺，所述分别密封所述多个光接收部分的工 艺包括以下步骤在透明衬底的一个表面上形成多个隔板以使得每一个所述隔板与 每一个所述光接收部分相对应的工艺，其中所述透明衬底是覆盖玻璃 的材料；在形成所述隔板工艺之前或之后，将至少一个支撑衬底和所述透明衬底的另一个表面相结合的工艺，所述支撑衬底是光学片的材料， 且具有与所述晶片近似相同的热膨胀系数；在所述支撑衬底上切除所述透明衬底使得保留与每一个所述光接收部分相对应的部分的工艺，以便形成多个所述覆盖玻璃；通过使用热固化粘合剂将所述隔板和所述晶片相结合的工艺；与每一个所述光接收部分相对应地切割所述支撑衬底，以便形成多个所述光学片的工艺。
11、 根据权利要求io所述的固态成像器件的制作方法，其中所述将每一个所述隔板和所述晶片相结合的工艺包括以下步骤 利用所述热固化粘合剂涂敷每一个所述隔板的工艺； 在所述晶片上叠加每一个所述隔板的工艺；以及 加热以固化所述热固化粘合剂的工艺。
12、 根据权利要求IO所述的固态成像器件的制作方法，其中所述 热固化粘合剂具有至少12(TC的玻璃转变点。
13、 根据权利要求10所述的固态成像器件的制作方法，其中所述隔板和所述透明衬底之间以及所述透明衬底和所述支撑衬底之间是通 过具有至少120。C的玻璃转变点的UV固化粘合剂结合的。
全文摘要
红外线消除滤波器(IRCF)衬底附加于其上形成有多个隔板(5)的透明衬底(20)。IRCF衬底(27)具有比透明衬底(20)小且大约与晶片(31)相等的热膨胀系数。然后，透明衬底(20)被切割成多个片来形成多个覆盖玻璃(6)。然后热固化粘合剂(32)涂敷在每个隔板(5)上，并且隔板(5)附加于晶片(31)，其上具有先前形成的多个光接收部分(3)和焊盘(10)。最后，加热热固化粘合剂(32)以形成结合。
文档编号H01L27/14GK101326641SQ200680046499
公开日2008年12月17日 申请日期2006年12月11日 优先权日2005年12月14日
发明者山本清文 申请人:富士胶片株式会社