DE10247819A1 - Production of a sensor arrangement for digital cameras comprises forming sensor chips having sensor fields on and/or in a substrate, forming a trench around each chip, separating the chips, and joining to form the sensor arrangement - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Sensor-Anordnung, eine Sensor-Anordnung und eine Digitalkamera.The invention relates to a method for producing a sensor arrangement, a sensor arrangement and a digital camera.
Die Technologie der Digitalkamera wird zunehmend bedeutsamer.The technology of the digital camera is becoming increasingly important.
Allerdings ist es schwierig, eine Bildsensor-Anordnung für eine Digitalkamera mit einer Dimension wie im Falle einer Kleinbildkamera (z.B. 24mm × 36mm) oder wie im Falle einer noch größeren Kamera zu realisieren. Bei einer Digitalkamera mit einer Sensorfläche von 24mm x 36mm böte sich der Vorteil, eine Standard-Kleinbildkamera und deren optisches Linsensystem auch für die Digitalkamera nutzen zu können. In einem solchen Szenario müsste bei einem Systemwechsel von einer analogen Kamera auf eine digitale Kamera im Wesentlichen nur die Rückwand der Kamera dahingehend modifiziert werden, dass ein herkömmlicher Film durch eine Bildsensor-Anordnung einer geeigneten Dimension ersetzt wird.However, it is difficult to find one Image sensor arrangement for a digital camera with a dimension like in the case of a 35mm camera (e.g. 24mm × 36mm) or like in the case of an even bigger camera to realize. For a digital camera with a sensor surface of 24mm x 36mm the advantage of a standard 35mm camera and its optical Lens system also for to be able to use the digital camera. In such a scenario, you should have a system change from an analog camera to a digital one Camera essentially just the back wall the camera can be modified so that a conventional Film replaced by an image sensor arrangement of a suitable dimension becomes.
Ein Problem bei dem halbleitertechnologischen Herstellen einer in einem Halbleitersubstrat integrierten Bildsensor-Anordnung ist darin zu sehen, dass bei der Verwendung eines Fotosteppers, wie er bei vielen Lithographie-Verfahren verwendet wird, das maximale Bildfeld begrenzt ist (beispielsweise auf 19.6mm × 26.Omm mit einer maximalen Diagonale von 31.1mm). Somit ist lediglich ein Bildfeld einer eingeschränkten Dimension realisierbar. Daher ist ein Ausbilden einer Bildsensor-Anordnung mit einer Größe von 24mm x 36mm mit nur einem Belichtungsvorgang während der Lithographie nicht möglich.A problem with the semiconductor technology Manufacture of an image sensor arrangement integrated in a semiconductor substrate is therein to see that when using a photo stepper like that at Many lithography processes use the maximum image field is limited (for example to 19.6mm × 26.Omm with a maximum Diagonal of 31.1mm). Thus, it is only an image field of a limited dimension realizable. Therefore, forming an image sensor arrangement with a size of 24mm x 36mm with only one exposure during lithography possible.
Ferner ist ein Bildsensor mit einem Bildfeld von 24mm × 36mm so groß, dass aufgrund einer unvermeidlichen Defektdichte während der Halbleiter-Prozessierung eine erreichbare Ausbeute von funktionsfähigen Bildsensor-Anordnungen gering ist und somit hohe Kosten anfallen. Mit anderen Worten ist bei einer großflächigen einstöckigen Bildsensor-Anordnung keine ausreichende Ausbeute zu erwarten, so dass das Herstellen einer solchen Bildsensor-Anordnung teuer ist.Furthermore, an image sensor with a Image field of 24mm × 36mm so big that due to an inevitable defect density during the Semiconductor processing an achievable yield of functional image sensor arrangements is low and therefore high costs are incurred. In other words with a large-area, one-story image sensor arrangement not expected to yield sufficient yield, so manufacturing such an image sensor arrangement is expensive.
Um dieser Problematik zu begegnen, werden gemäß dem Stand der Technik unterschiedliche Wege beschritten.To deal with this problem, according to the status different paths in technology.
Zum einen wird versucht, die Bildoptik einer herkömmlichen Kamera auf eine kleine Sensor-Anordnung mit hochintegrierten Sensorfeldern anzupassen. Allerdings führt dies im Allgemeinen zu einer Verschlechterung der Bildqualität. Ferner ist es notwendig und aufwändig, die Bildoptik der Kamera auf die halbleitertechnologisch hergestellte kleine Sensor-Anordnung anzupassen.On the one hand, the image optics are tried a conventional one Camera on a small sensor arrangement with highly integrated sensor fields adapt. However, leads this generally leads to a deterioration in the image quality. Further it is necessary and complex, the image optics of the camera on the semiconductor technology adapt small sensor arrangement.
Weiter wird versucht, eine Sensor-Anordnung mit einer Größe herzustellen, die nur knapp unterhalb der Bildfeldgröße des Fotosteppers liegt. In diesem Falle kann die Standardoptik einer Kamera verwendet werden, allerdings sind teure und nur aufwändig herstellbare optische Korrekturlinsen erforderlich. Ferner sind mittels eines Verlängerungsfaktors die Belichtungsparameter der Kamera einzustellen. Wird zum Beispiel ein 36mm × 24mm Kleinbildfilm durch einen Digitalfilm der Dimension 28.7mm × 19.1mm ersetzt, so fällt (infolge der Wirkung der Korrekturoptik bzw, eines veränderten Abstands zwischen Linse und Film) auf den kleineren Digitalfilm näherungsweise dieselbe Lichtmenge wie sonst auf den größeren Kleinbildfilm. Deshalb ist es bei Verwendung von Korrekturlinsen häufig erforderlich, eine aufwändige Justierung der Belichtung des Digitalfilms vorzunehmen. In diesem Zusammenhang spricht man von einem Verlängerungsfaktor.A sensor arrangement is also attempted to make with a size which is just below the image field size of the photo stepper. In this case, the standard optics of a camera can be used however, they are expensive and can only be produced with great effort Corrective lenses required. Furthermore, by means of an extension factor to set the exposure parameters of the camera. For example a 36mm × 24mm 35mm film through a digital film measuring 28.7mm × 19.1mm replaced, so falls (due to the effect of the correction optics or a changed Distance between lens and film) on the smaller digital film approximately the same amount of light as usual on the larger 35mm film. Therefore it is often necessary to use complex correction lenses exposure of the digital film. Speaks in this context one from an extension factor.
Eine andere Möglichkeit zum Erzeugen einer ausreichend großen Sensor-Anordnung besteht darin, eine große Sensor-Anordnung mittels mehrfachen Belichtens mehrerer Bereiche eines Wafers bei dem Prozessieren des Halbleitersubstrats herzustellen. Dieses Herstellungsverfahren ist allerdings aufgrund der aufwändigen Mehrfach-Belichtung und der hohen Chipgröße einer einstöckigen Sensor-Anordnung und den damit verbundenen Ausbeute-Problemen teuer. Eine Komplett-Waferbelichtung ist aufgrund der erforderlichen Strukturfeinheit für eine einzelne Sensorzelle ungeeignet.Another way of generating a sufficient huge Sensor arrangement consists of using a large sensor arrangement multiple exposure of multiple areas of a wafer during processing of the semiconductor substrate. This manufacturing process is however due to the elaborate Multiple exposure and the large chip size of a one-tier sensor arrangement and the associated yield problems are expensive. A complete wafer exposure is due to the required structural fineness for an individual Unsuitable sensor cell.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine ausreichend große Sensor-Anordnung mit einer Vielzahl von Sensorfeldern herzustellen, die eine verbesserte Qualität und verringerte Herstellungskosten aufweist.The invention is based on the problem, a big enough To produce a sensor arrangement with a large number of sensor fields, which is an improved quality and has reduced manufacturing costs.
Das Problem wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Sensor-Anordnung, durch eine Sensor-Anordnung und durch eine Digitalkamera mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.The problem is solved by a process for producing a sensor arrangement, by means of a sensor arrangement and solved by a digital camera with the features according to the independent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Sensor-Anordnung wird eine Mehrzahl von Sensor-Chips auf und/oder in einem Substrat ausgebildet, von denen jeder eine Mehrzahl von Sensorfeldern aufweist. Ferner wird um jeden der Sensor-Chips herum ein Graben einer Tiefe ausgebildet, die größer ist als die Tiefe der Sensorfelder in dem Substrat. Ein jeweiliger Sensor-Chip wird vereinzelt, indem von der Rückseite des Substrats Material einer Tiefe abgetragen wird, die mindestens gleich der Differenz zwischen der Dicke des Substrats und der Tiefe des Grabens ist. Schließlich werden die Sensor-Chips zum Bilden der Sensor-Anordnung zusammengesetzt.In the method according to the invention A plurality of sensor chips is used to produce a sensor arrangement formed on and / or in a substrate, each one Has a plurality of sensor fields. Furthermore, each of the sensor chips a trench is formed around it which is greater than the depth of the sensor fields in the substrate. A respective sensor chip is separated by from the back of the substrate material of a depth that is at least equal to the difference between the thickness of the substrate and the depth of the trench is. Finally the sensor chips are assembled to form the sensor arrangement.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß eine Sensor-Anordnung mit einer Mehrzahl von Sensor-Chips bereitgestellt, von denen jeder eine Mehrzahl von Sensorfeldern aufweist. Die Sensor-Chips sind zum Bilden der Sensor-Anordnung zusammengesetzt. Jeder der Sensor-Chips ist hergestellt, indem auf und/oder in einem Substrat ein Sensor-Chip ausgebildet wird und um jeden der Sensor-Chips herum ein Graben einer Tiefe ausgebildet wird, die größer ist als die Tiefe der Sensorfelder in dem Substrat. Ein jeweiliger Sensor-Chip wird vereinzelt, indem von der Rückseite des Substrats Material einer Tiefe abgetragen wird, die mindestens gleich der Differenz zwischen der Dicke des Substrats und der Tiefe des Grabens ist.In addition, a sensor arrangement is according to the invention provided with a plurality of sensor chips, each of which has a plurality of sensor fields. The sensor chips are for formation composed of the sensor arrangement. Each of the sensor chips is produced by forming a sensor chip on and / or in a substrate and a trench of depth around each of the sensor chips is formed, which is greater than the depth of the sensor fields in the substrate. On respective sensor chip is isolated by the back of the substrate material of a depth that is at least equal to the difference between the thickness of the substrate and the depth of the trench is.
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß eine Digitalkamera mit einer Sensor-Anordnung mit den oben beschriebenen Merkmalen als Bildsensor-Anordnung geschaffen. Ferner weist die Digitalkamera eine Linsenoptik zum Projizieren eines Bildes auf die Bildsensor-Anordnung auf.In addition, according to the invention is a digital camera with a sensor arrangement with the features described above created as an image sensor arrangement. The digital camera also has a Lens optics for projecting an image onto the image sensor arrangement on.
Eine Grundidee der Erfindung ist darin zu sehen, dass eine Sensor-Anordnung aus einer Mehrzahl von Sensor-Chips zusammengesetzt ist, wobei die Dimensionierung eines Sensor-Chips unter Verwendung eines diesen umgebenden Grabens und somit mittels eines lithographischen Verfahrens definiert wird. Dies hat den Vorteil, dass der Abstand eines Sensorfelds von einem Rand des ihm zugeordneten Sensor-Chips sehr gering (in der Größenordnung von μm) gehalten werden kann. Darüber hinaus kann dieser Abstand mit einer sehr hohen Genauigkeit eingestellt werden. Letzteres ist wiederum eine Folge der Verwendbarkeit einer lithographisch definierbaren Begrenzung eines Sensor-Chips anstelle einer mechanisch definierten Begrenzung (z.B. Vereinzeln mittels Sägens des Wafers).A basic idea of the invention is to see that a sensor arrangement of a plurality of Sensor chips is composed, the dimensioning of a Sensor chips under Use of a trench surrounding it and thus by means of a lithographic process is defined. This has the advantage that the distance of a sensor field from an edge of its assigned Sensor chips kept very small (on the order of μm) can be. About that in addition, this distance can be set with very high accuracy become. The latter is in turn a consequence of the usability of one lithographically definable limitation of a sensor chip instead of one mechanically defined limitation (e.g. separation by sawing the Wafer).
Die Tiefe der Gräben wird derart gewählt, dass beim rückseitigen Abtragen von Material des Substrats zum Vereinzeln der Sensor-Chips z.B. integrierte Schaltkreiskomponenten des Sensor-Chips (Sensorfelder, Steuerschaltkreis-Komponenten, etc.) vor einer Zerstörung geschützt sind. Somit wird vermieden, dass beim Abtragen von Material des Substrats solches Material abgetragen wird, das funktionelle Komponenten des Sensor-Chips enthält. Für den Fall, dass unterhalb der Sensorfelder in dem Substrat weitere integrierte Schaltkreiskomponenten ausgebildet sind, ist die Tiefe der Gräben derart gewählt, dass bei dem Abtragen von Material von der Rückseite des Substrats diese zusätzlichen Schaltkreiskomponenten vor einer Beschädigung geschützt sind. Somit ist die Tiefe der Gräben vorzugsweise mindestens so groß gewählt wie die Dicke der Sensorfelder in dem Substrat zuzüglich der Dicke optionaler zusätzlicher Schaltkreiskomponenten. Mit anderen Worten wird der Graben vorzugsweise mit einer Tiefe ausgebildet, die größer ist als die Tiefe des Sensor-Chips in dem Substrat, d.h. des funktionell bzw. schaltungstechnisch aktiven Bereichs in dem Substrat. In diesem Bereich des Sensor-Chips können auch Ansteuer- bzw. Ausleseleitungen für die einzelnen Sensorfelder etc. untergebracht sein sowie Vorverarbeitungselektronik (z.B. Verstärker), etc.The depth of the trenches is chosen such that on the back Removal of material from the substrate to separate the sensor chips e.g. integrated circuit components of the sensor chip (sensor fields, Control circuit components, etc.) are protected against destruction. This avoids that when removing material from the substrate such material is removed, the functional components of the Contains sensor chips. For the Case that further integrated below the sensor fields in the substrate Circuit components are formed, the depth of the trenches is such selected that when removing material from the back of the substrate additional Circuit components are protected from damage. So the depth of the trenches preferably chosen at least as large as the thickness of the sensor fields in the substrate plus the thickness more optional additional Circuit components. In other words, the trench is preferred formed with a depth that is greater than the depth of the sensor chip in the substrate, i.e. of the functionally or technically active Area in the substrate. In this area the sensor chip can also Control or readout lines for the individual sensor fields etc. as well as preprocessing electronics (e.g. amplifiers), etc.
Aufgrund der räumlich scharf definierten Begrenzung der Sensorfelder auf jeden der Sensor-Chips können mehrere Sensor-Chips derart zusammengesetzt werden, dass an einem Grenzbereich zwischen zwei benachbarten Sensor-Chips eine (z.B. optisch) wahrnehmbare Störung in der regelmäßigen Abfolge der Sensor-Chips vermieden ist. Bei einer als Bildsensor-Anordnung (z.B. für eine Kamera) ausgestalteten Sensor-Anordnung sind somit störende Linien an Grenzflächen zwischen benachbarten Sensor-Chips vermieden, die sonst aufgrund einer Unterbrechung der regelmäßigen Abfolge von Sensorfeldern in Grenzbereichen zwischen benachbarten Sensor-Chips auftreten können.Because of the spatially sharply defined boundary The sensor fields on each of the sensor chips can have multiple sensor chips like this that are put together at a boundary between two neighboring sensor chips a (e.g. optically) perceptible disturbance in the regular sequence the sensor chips is avoided. With an image sensor arrangement (e.g. for a camera) configured sensor arrangement are thus disruptive lines at interfaces avoided between adjacent sensor chips that would otherwise be due to a Interruption of the regular sequence of sensor fields can occur in border areas between adjacent sensor chips.
Ferner wird mittels Einbringens von Gräben zum Definieren eines Sensor-Chips eine geometrisch ideale Kante am Rand des Sensor-Chips erhalten, so dass benachbarte Sensor-Chips passgenau aneinandergefügt werden können.Furthermore, by introducing Trenches to Define a sensor chip with a geometrically ideal edge at the edge of the sensor chip, so that adjacent sensor chips are fitted together precisely can.
Anschaulich wird die erfindungsgemäße Sensor-Anordnung nicht aus einer einstöckigen Komponente (beispielsweise einem großen Siliziumstück) hergestellt, sondern aus mehreren kleinen Sensor-Chips (z.B. Bildsensoren), von denen jeder dieselbe Funktionalität aufweisen kann. Dies wird erreicht, indem nach dem Prozessieren der Sensor-Chips (d.h. dem Ausbilden der Sensorfelder, etc.) ein ausreichend tiefer Graben um den Sensor-Chip geätzt wird. Dieser Graben ist vorzugsweise geringfügig tiefer als die spätere endgültige Dicke der vereinzelten Sensor-Chips. Aufgrund der Justagegenauigkeit eines halbleitertechnologischen Lithographieverfahrens kann ein an einem Rand eines Sensor-Chips angeordnetes Sensorfeld sehr eng, typischerweise 1μm und weniger, um einen Sensor-Chip herumgelegt werden. Im Inneren des geätzten Grabens hat der Wafer immer noch ausreichend Stabilität, dass ein Process-Control-Monitoring (PCM) und ein Funktionalitätstest durchgeführt werden können. Nach einer diesbezüglichen Bewertung des Wafers wird der Wafer auf seine Zieldicke rückseitig gedünnt, indem Material von der Rückseite des Wafers abgetragen (beispielsweise mechanisch abgeschliffen) wird. Dadurch ist ein Vereinzeln der Sensor-Chips realisiert, wobei jeder Sensor-Chip eine bis auf eine Dimension von 1μm und weniger definierte Größe aufweist.The sensor arrangement according to the invention becomes clear not from a one-story component (for example, a large one Piece of silicon) manufactured, but from several small sensor chips (e.g. image sensors), each of which can have the same functionality. this will achieved by processing the sensor chips (i.e. the Formation of the sensor fields, etc.) a sufficiently deep trench etched around the sensor chip becomes. This trench is preferably slightly deeper than the final thickness later of the isolated sensor chips. Due to the adjustment accuracy of a semiconductor technology lithography process can be done on one Edge of a sensor chip arranged sensor field very narrow, typically 1μm and less, around a sensor chip. Inside the etched trench does the wafer still have sufficient stability that process control monitoring (PCM) and a functionality test carried out can be. After a related one Evaluation of the wafer, the wafer is back on its target thickness thinned adding material from the back removed from the wafer (e.g. mechanically ground) becomes. As a result, the sensor chips are separated, whereby each sensor chip has a dimension down to 1 μm and less has a defined size.
Auch ist problemlos realisierbar, den Sensorfeldern auf dem Sensor-Chip einen exakt definierten Abstand zu einer Kante eines Sensor-Chips zuzuweisen (wiederum bis zu einer Genauigkeit von 1μm und weniger). Diese Genauigkeit ermöglicht es, eine Sensor-Anordnung (einen großen Bildsensor) aus einer Mehrzahl zusammengesetzter Sensor-Chips (beispielsweise kleiner Bildsensoren) mittels einer Montage zusammenzusetzen.Can also be easily implemented, the sensor fields on the sensor chip a precisely defined distance assign to an edge of a sensor chip (again up to one Accuracy of 1μm and less). This accuracy enables a sensor arrangement (a big Image sensor) from a plurality of composite sensor chips (for example small image sensors) by means of assembly.
Für den Anwendungsfall einer Digitalkamera treten bei einer typischen Bildpixelgröße von 5μm bis 10μm störende Linien an Grenzbereichen zwischen benachbarten Sensor-Chips üblicherweise nicht auf.For the use case of a digital camera occur in a typical Image pixel size from 5μm to 10μm disruptive lines at border areas between adjacent sensor chips usually not on.
Erfindungsgemäß sind mehrere kleine Bauteile zusammengesetzt, um eine höhere Ausbeute bei der Sensorherstellung zu erreichen. Dadurch ist es für eine Digitalkamera (z.B. mit der Dimension einer Kleinbildkamera) ermöglicht, eine Bildsensor-Komponente herzustellen, bei der die oben beschriebenen aus dem Stand der Technik bekannten Probleme vermieden sind. Mittels Verringerns der Toleranzen aufgrund des Definierens von Sensor-Chips mittels einer Grabenätzung ist es erreicht, dass die zusammengesetzten Sensorfelder annähernd die gleiche Auflösung wie eine einkomponentige Sensor-Anordnung hat.According to the invention, several small components are put together in order to achieve a higher yield in sensor production. This makes it possible for a digital camera (for example with the dimensions of a 35 mm camera) to produce an image Produce sor component in which the above-described problems known from the prior art are avoided. By reducing the tolerances due to the definition of sensor chips by means of a trench etching, it is achieved that the composite sensor fields have approximately the same resolution as a one-component sensor arrangement.
Mittels gleichgeschnittener Sensor-Chips, die vorzugsweise alle die gleiche Größe aufweisen, werden Kanten idealer Geometrie und somit sehr gute Passflächen erhalten. Bei Verwendung einer einheitlichen Maske wird die Toleranz weiter reduziert. Dann ist das einzige begrenzende Kriterium die Maskenauflösung, die wesentlich besser ist als eine herkömmliche Toleranz beim Vereinzeln eines Substrats mittels Sägens.By means of sensor chips cut to the same size preferably all have the same size Preserve edges of ideal geometry and therefore very good fitting surfaces. If a uniform mask is used, the tolerance increases reduced. Then the only limiting criterion is the mask resolution is much better than a conventional tolerance when separating sawing a substrate.
Beim Sägen von Wafern zum Vereinzeln der Chips des Wafers liegt die Fertigungstoleranz im Bereich von 50μm und mehr. Würde man unter diesen Umständen Sensor-Chips nebeneinander anordnen, hätte dies zur Folge, dass die Berührungsstellen der einzelnen kleinen Bildsensoren im Digitalbild aufgelöst würden. Mit anderen Worten würde man hinsichtlich der optischen Wahrnehmung eines Betrachters eines Bildes nicht die gleiche Funktionalität erreichen wie bei einem großflächigen Bildsensor. Insbesondere würden in Grenzbereichen störende Linien auftreten.When sawing wafers for dicing the wafer chips, the manufacturing tolerance is in the range of 50μm and more. Would one under these circumstances Arranging sensor chips next to each other would have the consequence that the contact points of the individual small image sensors would be resolved in the digital image. With in other words one with regard to the optical perception of a viewer Image does not achieve the same functionality as a large-area image sensor. In particular, would disturbing in border areas Lines occur.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtungen ist die Fertigungstoleranz derart stark reduziert, dass mehrere Sensor-Chips aneinander gereiht werden können und zusammen die gleiche optische Funktionalität wie eine einstöckige Sensor-Anordnung erreichen. Somit können größere und aufgrund der Modularität einzelner kleiner Bausteine auch billigere Bildsensoren als gemäß dem Stand der Technik hergestellt werden.By means of the method according to the invention and of the devices according to the invention the manufacturing tolerance is reduced so much that several Sensor chips can be strung together and the same together optical functionality like a one-story Reach sensor arrangement. Thus, larger and individual due to the modularity small components also cheaper image sensors than according to the state of technology.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Preferred developments of the inventions result from the dependent Claims.
Vorzugsweise werden die Sensor-Chips im Wesentlichen formschlüssig zusammengesetzt. Aufgrund der erheblich verbesserten Passgenauigkeit der Sensor-Chips ist die erfindungsgemäße Sensor-Anordnung daher in allen Bereichen anwendbar, wo ein räumlich definiertes Zusammensetzen unterschiedlicher Komponenten mit hoher räumlicher Genauigkeit erforderlich ist.Preferably the sensor chips essentially positive composed. Due to the significantly improved accuracy of fit The sensor arrangement according to the invention is therefore in sensor chips applicable in all areas where a spatially defined composition different components with high spatial accuracy required is.
Der Graben kann derart gebildet werden, dass ein Abstand eines an einem Rand eines Sensor-Chips angeordneten Sensorfeldes von einem Rand nicht wesentlich größer ist als eine Ausdehnung des Sensorfeldes. In diesem Fall ist sichergestellt, dass in Grenzbereichen zwischen benachbarten Sensor-Chips störende Linien aufgrund einer Störung der symmetrischen Anordnung von Sensorfeldern vermieden sind.The trench can be formed in such a way that a distance of one arranged on an edge of a sensor chip Sensor field from an edge is not significantly larger than an extent of the sensor field. In this case it is ensured that in border areas lines between adjacent sensor chips due to a disturbance of the symmetrical arrangement of sensor fields are avoided.
Der Graben wird vorzugsweise unter Verwendung eines Lithographie-Verfahrens ausgebildet. Mit einem Lithographie-Verfahren ist eine Auflösung im Bereich von Mikrometern (beispielsweise 2μm bis 3μm) und darüber erreichbar. Da die Sensorfelder häufig eine Pixeldimension von 5μm bis 10μm haben, kann sichergestellt werden, dass Störungen, Verzerrungen oder Linien an Grenzflächen benachbarter Sensor-Chips vermieden sind.The trench is preferably under Trained using a lithography process. With a Lithography process is a resolution in Range of micrometers (for example 2μm to 3μm) and above. Since the sensor fields often have a Pixel dimension of 5μm up to 10μm can be ensured that interference, distortion or lines at interfaces neighboring sensor chips are avoided.
Der Graben wird vorzugsweise unter Verwendung eines Ätz-Verfahrens ausgebildet. Besonders bevorzugt ist es, als Ätz- Verfahren ein anisotropes Ätz-Verfahren zu verwenden, um einen ausreichend steilen Kantenabfall an dem Rand eines Sensor-Chips zu erreichen, wodurch die Passgenauigkeit beim Zusammensetzen benachbarter Chips weiter erhöht ist. Das Ätz-Verfahren kann ein Trockenätz-Verfahren sein. Alternativ kann ein Nassätz-Verfahren verwendet werden. Generell ist bei dem Ätz-Verfahren darauf zu achten, dass die Unterätzung, d.h. die isotrope Ätz-Komponente, ausreichend gering gehalten ist, um ein formschlüssiges Aneinanderreihen benachbarter Sensor-Chips sicherzustellen. Besonders bevorzugt als Ätz-Verfahren ist Sputterätzen oder reaktives Ionenätzen (RIE, "reactive ion etching").The trench is preferably under Trained using an etching process. It is particularly preferred to use an anisotropic etching method as the etching method to use a sufficiently steep edge drop at the edge to achieve a sensor chip, which ensures the accuracy of fit Composing adjacent chips is further increased. The etching process can be a Dry etching method his. Alternatively, a wet etching process can be used be used. In general, with the etching process, care must be taken that the undercut, i.e. the isotropic etching component, is kept sufficiently low to form a positive sequence of adjacent ones Ensure sensor chips. Particularly preferred as an etching process is sputter etching or reactive ion etching (RIE, "reactive ion etching ").
Das Material des Substrats kann unter Verwendung eines Chemical-Mechanical-Polishing-Verfahrens (CMP-Verfahren) oder eines Ätz-Verfahrens abgetragen werden. Alternativ kann Material unter Verwendung eines Lasers abgetragen werden.The material of the substrate can be under Use of a chemical mechanical polishing process (CMP process) or an etching process become. Alternatively, material can be removed using a laser become.
Unterschiedliche Sensor-Chips können im Wesentlichen gleich groß ausgebildet werden. Insbesondere ist möglich, unterschiedliche Sensor-Chips unter Verwendung eines gemeinsamen Lithographie-Verfahrens, das heißt eines einheitlichen Wafers, auszubilden. Jedoch ist es auch möglich, die unterschiedlichen Sensor-Chips der erfindungsgemäßen Sensor-Anordnung aus unterschiedlichen Wafern herzustellen.Different sensor chips can essentially equally sized become. In particular, it is possible different sensor chips using a common Lithography process, that is, a uniform wafer, train. However, it is also possible to use the different ones Sensor chips of the sensor arrangement according to the invention to manufacture from different wafers.
Der Graben kann derart gebildet werden, dass ein Abstand eines an einem Rand eines Sensor-Chips angeordneten Sensorfeldes von dem Rand vorzugsweise höchstens 3μm, weiter vorzugsweise höchstens 1μm ist.The trench can be formed in such a way that a distance of one arranged on an edge of a sensor chip Sensor field from the edge preferably at most 3 μm, more preferably at most Is 1μm.
Im Weiteren wird die erfindungsgemäße Sensor-Anordnung näher beschrieben. Ausgestaltungen des Verfahrens zum Herstellen der Sensor-Anordnung gelten auch für die Sensor-Anordnung und umgekehrt.Furthermore, the sensor arrangement according to the invention described in more detail. Refinements of the method for producing the sensor arrangement also apply to the sensor arrangement and vice versa.
Zumindest eines der Sensorfelder kann ein CCD-Sensorfeld, ein Biosensorfeld, ein Kapazitäts-Sensorfeld, ein Druck-Sensorfeld oder ein Infrarot-Sensorfeld sein.At least one of the sensor fields can a CCD sensor field, a biosensor field, a capacitance sensor field, a pressure sensor field or an infrared sensor field.
Ein CCD-Sensorfeld ("charge coupled device") ist anschaulich eine Anordnung von CCD-Elementen, d.h. integrierten Bauelementen, zum Umwandeln eines optischen Bildes in ein Bild elektrischer Ladungen mittels Photogenerierens von elektrischen Ladungen und anschließenden Umwandelns des Ladungsbildes in ein sequentielles elektrisches Signal unter Verwendung von CCD-Schieberegistern.A CCD sensor field ("charge coupled device") is clearly an arrangement of CCD elements, ie integrated components, for converting an optical image into an image of electrical charges by means of photogenerating electrical charges and then converting the charge image into a sequential electrical signal Use of CCD slides gistern.
In der Biosensorik kann es ebenso vorteilhaft sein, die Sensorfelder benachbarter Sensor-Chips passgenau aneinander zu setzen, um eine hohe räumliche Auflösung des Biosensorfelds zu erreichen. Beispielsweise kann unter Verwendung eines geeigneten Biosensorfeldes ein Wachstum und eine zeitabhängige Funktionalität von auf dem Biosensorfeld aufgewachsenen Nervenzellen detektiert werden.It can do the same in biosensors be advantageous, the sensor fields of adjacent sensor chips precisely to put together to a high spatial resolution of the To reach the biosensor field. For example, using of a suitable biosensor field growth and a time-dependent functionality of on nerve cells grown in the biosensor field can be detected.
Ein halbleitertechnologischer Druck-Sensor kann auf dem piezoresistiven Effekt basieren.A semiconductor pressure sensor can based on the piezoresistive effect.
Es ist auch möglich, ein Kapazitäts-Sensorfeld zu verwenden, bei dem anschaulich bei Anwesenheit eines mechanischen Drucks ein Luftspalt zwischen zwei (integrierten) Kondensatorplatten und somit die elektrischen Eigenschaften des Kondensators verändert werden. Ein Anwendungsgebiet der Erfindung ist somit ein Fingertip-Sensor mit einer ausreichend großen Dimensionierung.It is also possible to use a capacitance sensor field to be used where clearly in the presence of a mechanical Pressure an air gap between two (integrated) capacitor plates and thus the electrical properties of the capacitor are changed. One area of application of the invention is thus a fingertip sensor with a sufficiently large one Dimensioning.
Das Sensorfeld kann auch ein Infrarot-Sensorfeld sein, beispielsweise für eine Wärmebild-Kamera. Eine Wärmebild-Kamera basiert auf solchen Infrarot-Sensoren, die für Infrarotlicht empfindlich sind. Besonders geeignet sind CCDs oder Dioden aus dem Material HgCdTe (Quecksilber-Cadmium-Tellurid). Bei der Verwendung einer Wärmebild-Kamera kann es vorteilhaft sein, die Sensor-Anordnung unter Umgebungstemperatur abzukühlen, um die von der Sensor-Anordnung selbst abgestrahlte Infrarot-Strahlung gering zu halten.The sensor field can also be an infrared sensor field be, for example for a thermal imaging camera. A thermal imaging camera is based on such infrared sensors that are for Are sensitive to infrared light. CCDs or are particularly suitable Diodes made of HgCdTe (mercury-cadmium telluride). In the Using a thermal imaging camera it may be advantageous to place the sensor below ambient temperature cool to that of the sensor arrangement to keep even emitted infrared radiation low.
Vorzugsweise weist jeder der Sensor-Chips einen Multiplexerbereich und einen Anschlusspadbereich auf, wobei die Sensor-Chips derart zusammengesetzt sind, dass die Multiplexerbereiche und die Anschlusspadbereiche entlang zumindest eines Teil des Rands der Sensor-Anordnung verlaufend angeordnet sind. In diesem Fall ist anschaulich die Sensor-Anordnung gebildet aus einem mittigen Abschnitt, in dem die Sensorfelder der Sensor-Chips angeordnet sind. Dieser Mittenbereich ist umgeben von Multiplexern zum selektiven Adressieren der Sensorfelder. Mittels der Anschlusspads können die elektrischen Signale der Sensorfelder einer in der Umgebung angeordneten Verarbeitungs-Elektronik bereitgestellt werden.Each of the sensor chips preferably has one Multiplexerbereich and a connection pad area, the Sensor chips are composed such that the multiplexer areas and the connection pad areas along at least part of the edge the sensor arrangement are arranged running. In this case the sensor arrangement is clearly formed from a central one Section in which the sensor fields of the sensor chips are arranged. This central area is surrounded by multiplexers for selective Addressing the sensor fields. The electrical Signals from the sensor fields of processing electronics arranged in the vicinity are provided become.
Ferner ist anzumerken, dass eine Randabdichtung ("seal ring"), wie sie entlang einer Umrandung eines Chips oft zu Schutzzwecken ausgebildet wird, bei den Sensor-Chips der Erfindung eingespart sein kann. Soll eine solche Randabdichtung ausgebildet werden, so ist ihre Dicke vorzugsweise so zu wählen (kleiner 3μm), dass die räumliche Abfolge der Sensorfelder in Grenzbereichen zwischen benachbarten Sensor-Chips nicht wahrnehmbar beeinflusst wird.It should also be noted that a Edge seal ("seal ring ") like you is often formed along a border of a chip for protection purposes, can be saved in the sensor chips of the invention. Should one such edge seal are formed, its thickness is preferred so choose (less than 3μm), that the spatial Sequence of sensor fields in border areas between neighboring ones Sensor chips is not noticeably affected.
Es ist anzumerken, dass das Substrat aus einem beliebigen Material hergestellt sein kann. Insbesondere kann das Substrat ein Silizium-Wafer sein. Alternativ kann das Substrat ein Glas-Substrat, ein Keramik-Substrat, etc. sein.It should be noted that the substrate can be made of any material. In particular the substrate can be a silicon wafer. Alternatively, the substrate a glass substrate, a ceramic substrate, etc.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im Weiteren näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the figures and is explained in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.Same or similar components in different Figures are given the same reference numerals.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf
Der Sensor-Chip
Im Weiteren wird bezugnehmend auf
In
In
In
Im Weiteren wird bezugnehmend auf
Im Anschluss daran wird der Photoresist
Wie in der in
Im Weiteren wird bezugnehmend auf
Hierfür wird unter Verwendung eines CMP-Verfahrens
("chemical mechanical
polishing") an der
Rückseite
Dies ist aus der in
Wie in
Im Weiteren wird bezugnehmend auf
Um die in
Die Größe der Sensorbereiche
Im Weiteren wird bezugnehmend auf
Die Prozessierung des Wafers
Mittels rückseitigen Ätzens des Silizium-Wafers
- 100100
- Sensor-ChipSensor chip
- 101101
- Sensorbereichsensor range
- 102102
- MultiplexerbereichMultiplex heritage kingdom
- 103103
- AnschlusspadbereichAnschlusspadbereich
- 104104
- Randabschnittedge section
- 105105
- Zwischenbereichintermediate area
- 110110
- Sensorfeldsensor field
- 200200
- Silizium-WaferSilicon wafer
- 210210
- Photoresistphotoresist
- 300300
- Grabendig
- 310310
- Chip-BereicheChip areas
- 311311
- AbstandshalterbereichSpacer region
- 400400
- Anordnungarrangement
- 401401
- Rückseiteback
- 500500
- Sensor-AnordnungSensor arrangement
- 501501
- Gesamt-SensorbereichTotal sensor area
- 502502
- Gesamt-MultiplexerbereichTotal multiplex heritage kingdom
- 503503
- Gesamt-AnschlusspadbereichTotal Anschlusspadbereich
- 600600
- Silizium-WaferSilicon wafer
- 601601
- Ätzgrabenetched trench
- 602602
- Wafer-ZwischenbereichWafer intermediate area
Claims (16)
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DE10247819.8A DE10247819B4 (en) | 2002-10-14 | 2002-10-14 | Method for producing an image sensor arrangement |
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DE10247819B4 DE10247819B4 (en) | 2014-10-30 |
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Citations (4)
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DE19840508A1 (en) * | 1998-09-04 | 1999-12-02 | Siemens Ag | Separating individual semiconductor chips from composite wafer |
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DE19962763C2 (en) * | 1999-07-01 | 2001-07-26 | Fraunhofer Ges Forschung | Wafer dicing method |
EP1187221A2 (en) * | 2000-09-07 | 2002-03-13 | Xerox Corporation | Linear color image sensor array with IR filter and method of forming the same |
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- 2002-10-14 DE DE10247819.8A patent/DE10247819B4/en not_active Expired - Fee Related
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