专利名称：固态图像捕捉器件、其制造方法和电子信息器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包含用于通过光电转换捕捉来自对象的图像光的半 导体器件的固态图像捕捉器件及其制造方法；涉及一种具有高耐热性以及具有通过回流焊接安装在衬底上的固态图像捕捉器件的固态图像捕 捉设备；以及涉及一种电子信息器件，诸如数字照相机(例如，数字视 频照相机和数字静止照相机)、图像输入照相机、扫描仪、传真机和配 备照相机的蜂窝电话器件，固态图像捕捉设备作为该电子信息器件的图 像捕捉部分中的图像输入器件。2. 相关技术的说明通常，为了提高提供在用于接收来自该对象的图像光的CCD型和 CMOS型固态图像捕捉器件中的光接收部分的光聚焦率(light focusing rate),对应的芯片上(on-chip)透镜耦合到每个光接收部分。此外， 为了提高光聚焦率，可以在芯片上透镜和光接收部分之间提供内层透 镜。此外，为了捕捉彩色图像，用相应的方式在芯片上透镜位置的下面 提供滤色镜层。图3 (a)是示意性地示出常规的普通固态图像捕捉器件的示范性结 构的顶视图，图3 (b)是沿着图3(a)中线A-A'的纵向截面图。在图3(a)中，常规的固态图像捕捉器件100配备有像素部分110 和外围电路部分120，像素部分IIO是具有排列在芯片中央的多个光接 收部分的成像区，而外围电路部分120位于围绕像素部分110的外围部 分。在作为成像区的像素部分110中，以矩阵形式提供用来将入射光光 电转换以产生信号电荷的诸如光电二极管的多个光电转换元件(光接收部分)作为像素部分，并且进一步提供有用来从每个光电转换元件读出和转移信号电荷的CCD或用来读出信号电荷的CMOS晶体管。如图3(b) 所示，光电转换元件被提供在半导体层101中，如硅(Si)层，并且在 其上提供栅电极，该栅电极为金属层，例如Al层，并且在该栅电极上 还布置了屏蔽层和/或布线。在该光电转换元件上方，在每个光电转换 元件上用相应的方式按顺序层叠内层透镜102、滤色镜103、保护层104 和芯片上透镜105,在它们之间插入层间膜。另外，在外围电路部分120中，提供信号处理电路以对从像素部分 110中的每个光接收部分读出的图像信号进行各种图像信号处理。信号 处理电路用如图3中示出的半导体层101的层形成。在半导体层101的 上方，进一步在其上提供滤色镜103、保护层104和芯片上透镜105。图4 (a)是示意性地示出图3(a)中的外围电路部分120的示范性 结构的一部分的放大顶视图，以及图4(b)是沿着图4(a)中的线B-B '的纵向截面图。如图4 (a)和4 (b)所示，外围电路部分120配备有作为外部连接 端子的结合垫107，结合垫107由与半导体层101相同的半导体层制成， 并且在结合垫107的上方通过开口 104a打开保护层104。结合垫107在 平面图中是正方形，其被提供在开口 104a的底部。参考文献1:日本特许公开公布No. 2006-165195发明内容然而，上面描述的常规固态图像捕捉器件具有下面的问题。根据上面描述的常规固态图像捕捉器件，树脂材料一般用作内层透 镜102、滤色镜103、保护层104和芯片上透镜105的树脂层106。然而， 树脂材料具有与耐热性有关的问题。当上面描述的常规固态图像捕捉器件通过回流焊接安装在衬底上 时，因为半导体层101具有足够的耐热性而不会产生裂紋；然而，在树 脂层106和尤其在保护层104中，它们的耐热性不够，就会产生裂紋。 在许多情况下，裂紋产生在树脂层106的外圆周边缘上，裂紋点起端在 图案的拐角处。在图4(a)的情况下，例如，裂紋会从结合垫107附近 的保护层104的开口 104a的图案拐角C产生。如上所述，如果在常规的固态图像捕捉器件上进行回流焊接，以在衬底上安装固态图像捕捉器件，该固态图像捕捉器件受高温影响，树脂106会被高温破坏并且会产生裂紋。如果产生裂紋，可能会产生故障， 如环境稳定性显著降低且不能成像。为了防止出现裂紋，考虑加厚保护 层104的膜。然而，随着树脂层106的厚度增加，入射光减少，导致光 接收灵敏度降低。由此，当将上述常规固态图像捕捉器件安装在衬底上时，通过手工 进行焊接，导致安装精度降低，并且由于人力时间增加而导致成本增加。 此外，如果降低回流焊接的温度，会引起降低焊接强度的问题。此外， 如果使用特殊的封装，制造步骤和制造成本会增加。本发明打算解决上述的常规问题，并且本发明的目的是提供一种固 态图像捕捉器件及其制造方法，该固态图像捕捉器件和制造方法防止产 生裂紋并且提高耐热性，使得能够通过回流焊接安装到衬底上，而不会 导致安装精度降低或导致制造步骤和成本增加，或导致包括光接收灵敏 度的性能降低；提供一种固态图像捕捉设备，该设备具有通过回流焊接 安装在衬底上的固态图像捕捉器件；以及提供一种电子信息器件，如配 备照相机的蜂窝电话器件，该固态图像捕捉设备作为该电子信息器件的 图像捕捉部分中的图像输入器件。提供了根据本发明的固态图像捕捉器件，其中，在多个光接收元件 二维排列的芯片中央的像素部分中，用于聚焦入射光的芯片上透镜以对 应的方式被提供在该多个光接收元件的每一个上；并且为了提高回流焊 接时的耐热性，由用于芯片上透镜的材料制成的虛拟图案被提供在芯片 外圆周側上的外围电路部分上。在根据本发明的固态图像捕捉器件中，外部连接端子被提供在芯片 外圆周侧上的外围电路部分上，保护层被提供在像素部分和外围电路部 分两者的上方，且在外部连接端子上方以一种方式开口，并且虛拟图案 被提供在靠近外部连接端子的保护层上。在根据本发明的固态图像捕捉器件中，虛拟图案被提供在围绕保护 层开口的外围边缘上。在根据本发明的固态图像捕捉器件中，在平面图中，保护层开口的 形状是矩形或正方形的，并且外部连接端子提供在该开口的底部。在根据本发明的固态图像捕捉器件中，外部连接端子提供在与为芯 片中央的像素部分提供的半导体层相同的层中。在根据本发明的固态图像捕捉器件中，开口的拐角是圆弧状的或者 该拐角是隐藏的。在根据本发明的固态图像捕捉器件中，在芯片中央的像素部分中在 纵向和横向方向上以矩阵提供用于光电转换入射光以产生信号电荷的 该多个光接收部分，并且其中用来读出和控制来自该多个光接收部分的 图像信号的控制器电路和用来对从光接收部分读出的图像信号进行各 种图像信号处理的信号处理电路在外围电路部分中提供，并且控制器电 路和信号处理电路中的至少任一个连接到外部连接端子。在根据本发明的固态图像捕捉器件中，用于保护层和芯片上透镜的 材料是有机透明丙烯酸树脂。提供了根据本发明的固态图像捕捉器件制造方法来制造根据本发明的固态图像捕捉器件，该方法包括芯片上透镜图案和虚拟图案形成步 骤，在芯片的整个表面上应用用于芯片上透镜的材料，通过光刻工艺在 像素部分上形成芯片上透镜图案，并在外围电路部分上形成虚拟图案。根据本发明的固态图像捕捉器件制造方法，作为芯片上透镜图案和 虚拟图案形成步骤的在前步骤，进一步包括光接收部分和栅电极形成 步骤，在半导体衬底或提供在衬底上的半导体层上形成多个光接收部 分，并在邻近光接收部分的半导体层上形成栅电极；以及滤色镜和保护 层形成步骤，以与该多个光接收部分的每一个对应的方式按此顺序在该 多个光接收部分和栅电极上形成滤色镜和保护层。根据本发明的固态图像捕捉设备具有通过回流焊接安装在衬底上的 根据本发明的固态图像捕捉器件。根据本发明的电子信息器件具有作为图像输入器件的固态图像捕捉 设备，该固态图像捕捉设备是通过利用回流焊接在村底上安装根据本发 明的固态图像捕捉器件形成的。在下文中将描述具有上述结构的本发明的功能。在通过回流焊接将固态图像捕捉器件安装在衬底上时，为了防止裂 紋，提高树脂层的耐热强度是很重要的。为此，考虑加厚保护层的厚度。 然而，随着树脂层厚度的增加，入射光减少，导致每个光接收部分的光 接收灵敏度降低。因此，本发明通过为外围电路部分提供芯片上透镜材料作为虚拟图 案提高了树脂层的耐热强度，在外围电路部分中通常不提供虛拟图案。尤其是，优选为外部连接端子附近的保护层的开口的外围电路部分提供 虛拟图案，该部分是裂紋的起点。结果，能够通过回流焊接在衬底上安 装固态图像捕捉器件，同时防止产生裂紋并提高耐热性，而没有使衬底 上的固态图像捕捉器件的安装精度降低或使制造步骤和成本增加，或导 致使包括光接收灵敏度的成像性能降低。根据常规固态图像捕捉器件的制造方法，在形成芯片上透镜时，芯 片上透镜材料应用到衬底部分的整个表面，并且通过光刻工艺移除外围 电路部分周围的芯片上透镜材料。根据本发明的固态图像捕捉器件制造 方法，需要在外围电路部分上形成虛拟图案并改变掩模图案，这将不会 导致由于人力时间增加的成本增加。根据具有上述结构的本发明，为外围电路部分提供由芯片上材料制 成的虛拟图案。结果，没有发生制造步骤增加、成本增加或光接收性能的降低，并且防止出现裂紋影响产量(bring yield)，并且提高了该 固态图像捕捉器件的耐热性，使得能够通过回流焊接将该固态图像捕捉 器件安装在衬底上。参考附图，通过阅读和理解下面的详细描述，本发明的这些和其它 优点对于领域的技术人员来说将变得显而易见。
图1 (a)是示意性地示出根据本发明实施例的固态图像捕捉器件的 示范性结构的顶视图，以及图1 (b)是沿着图1 (a)的线A-A'的纵向 截面图。图2 (a)是示意性地示出图1 (a)中外围电路部分的示范性结构的 放大顶视图，以及图2 (b)是沿着图2 (a)中线B-B'的纵向截面图。图3 (a)是示意性地示出常规普通固态图像捕捉器件的示范性结构 的顶;f见图，以及图3(b)是沿着图3(a)的线A-A'的纵向截面图。图4 (a)是示意性地示出图3(a)中外围电路部分120的示范性结 构的放大顶视图，以及图4(b)是沿着图4(a)中线B-B'的纵向截面 图。图5是示出利用固态图像捕捉设备用于图像捕捉部分的电子信息器 件的示范性示意结构的框图，该固态图像捕捉设备包括根据本发明实施 例的固态图像捕捉器件。1固态图像捕捉器件2像素部分(成像区)11半导体层12内层透镜1314保护层14a开口15芯片上透镜15A虚拟图案16树脂层17结合垫20外围电路部分90电子信息器件91固态图像捕捉设备92存储器部分93显示器部分94通信部分95图像输出部分具体实施方式
在下文中，将参考附图，详细地描述根据本发明的固态图像捕捉器 件和固态图像捕捉器件的制造方法的实施例。图1 (a)是示意性地示出根据本发明实施例的固态图像捕捉器件的 示范性结构的顶视图，以及图1 (b)是沿着图1 (a)的线A-A'的纵向 截面图。在图1 (a)和1 (b)中，根椐本发明实施例的固态图像捕捉器件1 配备有像素部分10,该像素部分是具有作为光接收部分的排列在芯片中 央的多个光接收元件(光电二极管)的成像区。在像素部分10周围的 芯片的外圆周部分中，提供外围电路部分20,该外围电路部分20由用 来读出和控制来自像素部分10中的多个光接收部分的成像信号的控制 器电路等形成。像素部分10的结构与前迷的图3 (a)和3 (b)中示出的常规固态 图像捕捉器件100中的结构相同。在纵向和横向方向上以矩阵提供用来 光电转换入射光并产生信号电荷的多个光电转换元件(光接收部分)作 为光接收元件，如光电二极管。另外，像素部分10包括用来读出和传 递来自每个光电转换元件的信号电荷的CCD和用来将该信号电荷转换成 信号电压并依照该信号电压读出放大信号的CMOS晶体管。如图l(a)所示，该固态图像捕捉器件，如CCD图像传感器和CMOS 图像传感器，包括在衬底上形成的由硅(Si )等制成的半导体层11。在 除了光接收部分之外的半导体层11上，提供由Al层等制成的栅电极， 并进一步在之上，提供屏蔽膜、布线等。在每个光接收部分上，按顺序 以与每个光接收部分对应的方式层叠内层透镜12、滤色镜13、保护层 14和芯片上透镜15,在它们之间插入层间膜。内层透镜12、滤色镜13 和保护层14由树脂材料制成，并且它们在图1中表示为树脂层16。除了上面描述的控制器电路之外，像素部分10周围的外围部分20 配备有信号处理电路，用来对从像素部分10中的每个光接收部分读出 的图像信号进行各种图像信号处理，如模拟信号处理和随后的数字信号 处理(白平衡、伽玛校正等)。在图1中信号处理电路用晶体管等形成， 并且该晶体管用如半导体层11所示的层形成。滤色镜13和保护层14 被提供在半导体层11上方。为了防止由于亮光进入外围电路部分20中 的晶体管电路导致的故障，在外围电路20中的外围电路上方提供了滤 色镜13。此外，为外围电路部分20提供虛拟图案15A,以提高用于回 流焊接的耐热性，该虛拟图案15A由芯片上透镜材料制成。用于保护层 14和芯片上透镜15 (虚拟图案15A)的材料都是有机透明丙烯酸树脂。 因此，由于保护层14和虚拟图案15A引起的裂紋很少出现。图2 (a)是示意性地示出图1 (a)中外围电路部分的示范性结构的 放大顶视图，以及图2(b)是沿着图2 (a)中线B-B'的纵向截面图。在图2 (a)和2 (b)中，由与半导体层11相同的层在外围电路部 分20中形成结合垫17作为外部连接端子。通过用开口 14a在结合垫17 上打开该层，来形成保护层14。结合垫17被提供在保护层14的开口 14a的底部。在图2 (a)中，在平面图中结合垫17是正方形的(或矩形的)。 具有预定宽度的虚拟图案15A被提供在结合垫17附近的保护层14上方，即沿着保护层14开口的外围。在下文中，将描述根据本发明实施例的固态图像捕捉器件1的制造 方法。首先，作为光接收部分和栅电极形成步骤，在半导体衬底上或提供 在衬底上的半导体层上形成多个光接收部分，并且在邻近每个光接收部 分的半导体层上形成栅电极。接下来，作为滤色镜和保护层形成步骤，按顺序层叠内层透镜12 (该 层可以省略)、滤色镜13和保护层14，它们之间插入层间膜。随后，在上面形成有内层透镜12、滤色镜13和保护层14的芯片上 形成芯片上透镜15。同时，作为芯片上透镜图案和虛拟图案形成步骤， 对芯片的整个表面施加用于芯片上透镜的树脂材料，并通过光刻工艺形 成芯片上透镜图案，以在像素部分10中形成芯片上透镜15。更具体地， 在外围电路部分20的外围边缘区段(portion)上以凸起形式图案化虛 拟图案15A。例如，通过熔化芯片上透镜图案，形成芯片上透镜15。如上所述，外围电路部分20中的外围边缘区段上的虚拟图案15A不 需要是与像素部分IO中的芯片上透镜15相同的形式(具有预定宽度的 带状)，并且可以根据排列虛拟图案的位置的外围图案形式选择任意的 形式。这可以通过与形成芯片上透镜15的图案化同时的一个图案化来 进行。然后，为了形成固态图像捕捉设备，通过回流焊接将根据本发明实 施例的固态图像捕捉器件1安装在衬底上。根据具有如上所述结构的本发明的实施例，在围绕保护层14的开口 14a的外围边缘上排列与芯片上透镜相同材料的虛拟图案15A,其是裂 紋的起点，以便可以提高树脂层16的耐热强度。因为该固态图像捕捉 器件具有优良的耐热性，所以其可以通过回流焊接安装在衬底上。另外，在常规固态图像捕捉器件的制造方法中，芯片上透镜材料被 应用于衬底部分的整个表面，并且外围电路部分周围的芯片上透镜材料 通过光刻工艺被移除。即使如本发明的实施例所迷虚拟图案形成在外围 电路中，也仅是改变掩模图案，且将不会导致步骤增加或由此增加成本。因此，由于防止了在保护膜中出现裂紋并提高了耐热性，所以获得 了通过回流焊接可以安装在衬底上的固态图像捕捉器件，而没有导致固 态图像捕捉器件在衬底上的安装精度降低，或导致制造步骤和成本增加，或导致光接收部分上包括光接收灵敏度的性能降低。另外，虽然在上述实施例中没有详细描述，但是开口 14a的拐角可 以是圆弧状的(radiused)，或者开口 14a的拐角可以是掩埋的。此外，虽然在上述实施例中没有详细描述，但是在下文中将描述电 子信息器件。该电子信息器件，如数字照相机(例如，数字视频照相机 和数字静止照相机)、图像输入照相机(例如监控照相机、门对讲照相 机、车载照相机、电视电话照相机和用于蜂窝电话的照相机)、扫描仪、 传真机和配备照相机的蜂窝电话器件，具有利用上述根据本发明实施例 的固态图像捕捉设备作为图像输入器件的图像捕捉部分。图5是示出利用包括根据本发明实施例的固态图像捕捉器件的固态 图像捕捉设备用于图像捕捉部分的电子信息器件的示范性示意结构的 框图。在图5中，根据本发明的电子信息器件9G包括固态图像捕捉设备 91，其是通过回流焊接将根据本发明实施例的固态图像捕捉器件1安装 在衬底上形成的，并且其配备有用来对来自固态图像捕捉器件1的图像 信号进行各种图像信号处理的信号处理电路。此外，根据本发明的电子 信息器件90至少包括以下的任一个存储器部分92(例如，记录媒质)， 在对用来记录的图像数据进行了预定的信号处理之后，用来数据记录通 过用作图像捕捉部分的固态图像捕捉设备91获得的高质量图像数据； 显示器部分93(例如，液晶显示器)，在为显示进行了预定信号处理之 后，用来在显示屏幕(例如液晶显示器屏幕)上显示来自该固态图像捕 捉设备91的图像数据；通信部分94 (例如，发射和接收器件)，在对 图像数椐进行了预定信号处理以便进行通信之后，用来传输来自固态图 像捕捉设备91的该图像数据；和图像输出部分95,用来打印(打出) 和输出(印刷输出)来自固态图像捕捉设备91的该图像数据。如上所述，通过利用优选实施例说明了本发明。然而，本发明不应 该仅基于上述实施例来解释。应理解，本发明的范围应该仅基于权利要 求书来解释。还应理解，基于本发明的描述和来自本发明具体优选实施 例的描述的普通知识，本领域的技术人员可以实现等同范围的技术。此 外，应理解，在本说明书中引用的任何专利、任何专利申请和任何参考， 都应该以与在此具体描述内容的相同的方式并入本说明书中以供参考。工业实用性在包含通过光电转换捕捉来自对象的图像光的半导体器件的固态图 像捕捉器件及其制造方法，具有高耐热性以及具有通过回流焊接安装在 衬底上的固态图像捕捉器件的固态图像捕捉设备，以及用固态图像捕捉 设备作为电子信息器件的图像捕捉部分中的图像输入器件的电子信息 器件的领域中，所述电子信息器件如数字照相机(数字视频照相机和数 字静止照相机)、图像输入照相机、扫描仪、传真机和配备照相机的蜂 窝电话器件，本发明为外围电路部分提供了 一种由芯片上材料制成的虛 拟图案，使得没有发生制造步骤增加、成本增加或光接收性能降低，并 且防止出现裂紋影响产量，提高了固态图像捕捉器件的耐热性，使得能 够通过回流焊接将该固态图像捕捉器件安装在衬底上。对于本领域的技术人员来说，在没有偏离本发明的范围和精神的前 提下，各种其它修改将是显而易见的并且很容易实现。因此，并不打算将随附的权利要求书的范围限制于这里列出的描述，而是广泛地解释该 权利要求书。
权利要求
1.一种固态图像捕捉器件，其中在多个光接收元件二维排列的芯片中央的像素部分中，用来聚焦入射光的芯片上透镜以对应的方式被提供在该多个光接收元件的每一个上；和为了提高回流焊接时的耐热性，由用于芯片上透镜的材料制成的虚拟图案被提供在芯片外圆周侧上的外围电路部分上。
2. 根据权利要求1的固态图像捕捉器件，其中在芯片外圆周側上 的外围电路部分上提供外部连接端子，在像素部分和外围电路部分两者 上以在外部连接端子上方开口的方式提供保护层，并且在靠近外部连接 端子的保护层上提供虚拟图案。
3. 根椐权利要求2的固态图像捕捉器件，其中虚拟图案被提供在 围绕保护层开口的外围边缘上。
4. 根据权利要求2的固态图像捕捉器件，其中在平面图中保护层 开口的形状是矩形或正方形的，并且外部连接端子被提供在该开口的底 部。
5. 根据权利要求2或4的固态图像捕捉器件，其中外部连接端子
6. 根据权利要求2至4任一个的固态图像捕捉器件，其中开口的 拐角是圆弧状的或者该拐角是隐藏的。
7. 根据权利要求1的固态图像捕捉器件，其中在芯片中央的像素部分中在纵向和横向方向上以矩阵提供用 来光电转换入射光以产生信号电荷的该多个光接收部分，以及其中用来读出和控制来自该多个光接收部分的图像信号的控制器 电路和用来对从光接收部分读出的图像信号进行各种图像信号处理的 信号处理电路被提供在外围电路部分中，并且控制器电路和信号处理电 路中的至少任一个连接到外部连接端子。
8. 根据权利要求2的固态图像捕捉器件，其中用于保护层和芯片 上透镜的材料是有机透明丙烯酸树脂。
9. 一种用来制造根据权利要求1至4、 7和8的任一个的固态图像 捕捉器件的固态图像捕捉器件制造方法，包括芯片上透镜图案和虚拟图案形成步骤，在芯片的整个表面上应用用于芯片上透镜的材料，并且通过光刻工艺在像素部分上形成芯片上透镜 图案，并在外围电路部分上形成虛拟图案。
10.根据权利要求9的固态图像捕捉器件制造方法，作为芯片上透 镜图案和虛拟图案形成步骤的在前步骤，进一步包括光接收部分和栅电极形成步骤，在半导体衬底上或提供在该衬底上 的半导体层上形成多个光接收部分，并在邻近光接收部分的半导体层上 形成4册电才及；以及滤色镜和保护层形成步骤，以与该多个光接收部分的每一个对应的
11. 一种固态图像捕捉设;，具有通过回流焊i^安装在衬底上的根 据权利要求1至4、 7和8中任一个的固态图像捕捉器件。
12. —种电子信息器件，具有固态图像捕捉设备作为图像输入器件， 该固态图像捕捉设备是通过回流焊接在衬底上安装根据权利要求1至 4、 7和8中任一个的固态图像捕捉器件形成的。
全文摘要
本发明涉及固态图像捕捉器件、其制造方法和电子信息器件。提供了一种固态图像捕捉器件，且在多个光接收元件二维排列的芯片中央的像素部分中，用来聚焦入射光的芯片上透镜以对应的方式被提供在该多个光接收元件的每一个上；并且为了提高回流焊接时的耐热性，由用于芯片上透镜的材料制成的虚拟图案被提供在芯片外圆周侧上的外围电路部分上。
文档编号H01L27/14GK101325208SQ200810125559
公开日2008年12月17日 申请日期2008年6月13日 优先权日2007年6月15日
发明者北村惠则 申请人:夏普株式会社