KR100276657B1 - 열영상 검출용 반도체 장치 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
공정 단순화와 비용 절감을 실현할 수 있도록 한 열영상 검출용 반도체 장치 및 그 제조방법이 개시된다. 이를 구현하기 위하여 본 발명에서는 신호처리를 위한 회로가 집적된 반도체 칩 상에 절연막과 열전도성막 및 열차단막을 순차적으로 형성하는 공정과, 상기 열차단막 상에 유전막을 형성하는 공정과, 상기 열차단막의 표면이 소정 부분 노출되도록 상기 유전막을 선택식각하여 유전막 패턴을 형성하는 공정과, 상기 유전막 패턴의 상면과 그 일측면을 포함한 상기 반도체 칩 상의 소정 부분에 감광막 패턴을 형성하는 공정과, 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 유전막 패턴 하단에 놓여진 상기 열차단막과 상기 열전도성막 및 상기 절연막을 선택식각하고, 상기 감광막 패턴을 제거하는 공정, 및 상기 유전막 패턴의 상면 소정 부분과 이와 연결된 그 측면 선상 및 상기 반도체 칩 상의 소정 부분을 따라 일체로 연결되도록 금속 패드를 형성하는 공정을 거쳐 제조되는 열영상 검출용 반도체 장치가 제공된다.
Description
본 발명은 열영상 검출용 반도체 장치의 구조 변경을 통하여 공정 단순화와 비용 절감을 동시에 이룰 수 있도록 한 열영상 반도체 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근들어, 전기석, 주석산 또는 자당등의 결정체의 일부를 가열하여 생기는 표면의 유전분극에 의한 전하를 이용하는 초전기에 대한 연구 개발이 매우 활발하게 이루어지고 있다. 초전형 열전소자는 이러한 초전기를 이용한 소자의 하나로서 별도로 제조된 단결정 구조의 집적소자와 모듈 형태로 재조합되어 열영상 검출용 반도체 장치로 사용되고 있다.
도 1a 내지 도 1j에는 상기 초전형 열전소자와 단결정 구조의 집적소자가 조합된 종래의 열영상 검출용 반도체 장치 제조방법을 도시한 공정수순도가 제시되어 있다. 상기 공정수순도를 참조하여 그 제조방법을 간략하게 제 10 단계로 구분하여 살펴보면 다음과 같다.
제 1 단계로서, 도 1a에 도시된 바와 같이 유전막(10)의 프론트면을 소정 부분 선택식각하여 유전막(10) 내에 복수의 홈(g)을 형성한다. 이때, 유전막(10)은 유전체의 자발 분극에 의해 초전 전류가 발생하는 강유전체 물질로 형성되는데, 그 대표적인 예로는 BST(BaSrTiO3), PZT(PbZrTiO3), BT(BaTiO3), PST(PbScTaO3) 등을 들 수 있다.
제 2 단계로서, 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 홈(g)을 포함한 유전막(10)의 프론트면에 PIRL(polyimide released layer) 재질의 에치스토퍼막(12)을 형성하고, 유전막(10) 표면이 노출될 때까지 이를 폴리싱(polishing)하여 상기 홈(g) 내에만 에치스토퍼막(12)을 잔존시킨다.
제 3 단계로서, 도 1c에 도시된 바와 같이 레이저 식각시 생성된 슬래그(slag)를 제거하고 식각면의 균질성(uniformity)을 향상시킬 목적으로 습식식각 공정을 이용하여 상기 홈(g) 내부의 에치스토퍼막을 제거한다. 그 결과, 도시된 형태의 홈(g')이 만들어지게 된다.
제 4 단계로서, 도 1d에 도시된 바와 같이 상기 홈(g')을 포함한 유전막(10)의 프론트면에 다시 PIRL 재질의 에치스토퍼막(14)을 형성하고, 유전막(10) 표면이 노출될 때까지 이를 폴리싱하여 상기 홈(g') 내에만 에치스토퍼막(14)을 잔존시킨다.
제 5 단계로서, 도 1e에 도시된 바와 같이 에치스토퍼막(14)을 포함한 상기 유전막(10)의 프론트면에 공통 전극으로 사용되어질 제 1 금속 전극(16)과 적외선 흡수막(이하, IR 흡수막이라 한다)(18) 및 반투과성막(20)을 순차적으로 형성하여, "제 1 금속 전극(16)/IR 흡수막(18)/반투과성막(20)" 적층 구조의 박막을 형성한다.
제 6 단계로서, 도 1f에 도시된 바와 같이 왁스(wax) 재질의 접착제(22)를 사용하여 상기 박막을 이루는 반투과성막(20) 상에 글래스(24)를 부착한다.
제 7 단계로서, 도 1g에 도시된 바와 같이 제 6 단계에서 제조된 결과물을 뒤집어 유전막(10)의 백면이 위로 올라오도록 위치 정렬한 다음, 에치스토퍼막(14)이 노출될 때까지 유전막(10)의 백면을 소정 두께 폴리싱하여 에치스토퍼막(14)을 사이에 두고 서로 소정 간격 이격되는 구조의 유전막 패턴(10a)을 형성하고, 유전막 패턴(10a)의 백면 상에만 선택적으로 "In/Au/TiW/NiCr" 적층 구조의 제 2 금속 전극(26)을 형성한다.
제 8 단계로서, 도 1h에 도시된 바와 같이 각 단위 픽셀 간을 완전하게 분리하기 위하여 습식이나 건식식각 공정을 이용하여 상기 홈(g') 내의 에치스토퍼막(14)을 제거한다.
제 9 단계로서, 도 1i에 도시된 바와 같이 신호처리를 위한 회로가 집적된 반도체 칩(50)을 준비하고, 그 위에 폴리이미드 재질로 이루어진 메사 형상을 갖는 복수의 아이솔레이션 절연막(52)을 형성한 다음, 상기 아이솔레이션 절연막(402)의 상면과 그 일 측면 및 반도체 칩(50) 상의 소정 부분에 걸쳐 복수의 제 3 금속 전극(54)을 형성한다.
제 10 단계로서, 도 1j에 도시된 바와 같이 유전막 패턴(10a)과 아이솔레이션 절연막(52)이 상·하측부에서 각각 일대일 대응되도록 위치 정렬한 다음, 인듐 범프(70)를 매개체로 이용하여 반도체 칩(50) 상의 제 3 금속 전극(54)과 유전막 패턴(10a) 백면의 제 2 금속 전극(26) 간을 플립 칩 본딩한 뒤 반투과성막(20)으로부터 글래스(24)를 분리해 주므로써, 본 공정 진행을 완료한다.
그 결과, 신호처리를 위한 회로가 집적된 반도체 칩(50) 상에는 메사 형상을 갖는 아이솔레이션 절연막(52)이 형성되고, 상기 아이솔레이션 절연막(52)의 상면과 그 일측면을 포함한 반도체 칩(50) 상의 소정 부분을 따라서는 제 3 금속 전극(54)이 형성되며, 상기 제 3 금속 전극(54) 상에는 프론트면(front side)을 따라서는 "제 1 금속 전극(16)/IR 흡수막(18)/반투과성막(20)" 적층 구조의 박막이 형성되고 백면(back side)에는 제 2 금속 전극(26)이 형성되어 있는 세라믹 계열의 유전막 패턴(10a)이 인듐 범프(70)를 사이에 두고 제 2 금속 전극(26)을 접촉면으로하여 본딩되도록 이루어진 구조의 열영상 검출용 반도체 장치가 완성된다.
그러나, 상기 구조를 가지도록 열영상 검출용 반도체 장치를 제조할 경우에는 제 1 내지 제 8 단계의 공정을 거쳐 초전형 열전소자를 제조한 뒤, 제 9 단계의 공정을 거쳐 아이솔레이션 절연막과 제 3 금속 전극이 구비된 단결정 구조의 집적소자를 별도로 제작한 상태에서 인듐 범프를 매개체로 이용하여 초전형 열전소자와 단결정 구조의 집적소자를 플립 칩 본딩하는 방식으로 소자 제조가 이루어지게 되므로, 공정 진행 자체가 복잡하고 까다로울 뿐 아니라 비용 상승이 초래되는 등의 문제가 발생하게 된다.
이에 본 발명의 목적은 열영상 검출용 반도체 장치가 모놀리틱 IC(monolithic IC) 형태로 제조될 수 있도록 그 구조를 변경시켜 주므로써, 공정 단순화와 비용 절감을 이룰 수 있도록 한 열영상 검출용 반도체 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 열영상 검출용 반도체 장치를 효과적으로 제조할 수 있는 제조방법을 제공함에 있다.
도 1a 내지 도 1j는 종래의 열영상 검출용 반도체 장치 제조방법을 도시한 공정수순도,
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 의한 열영상 검출용 반도체 장치 제조방법을 도시한 공정수순도이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 신호처리를 위한 회로가 집적된 반도체 칩과; 상기 반도체 칩 상의 소정 부분에 형성된 절연막 패턴과; 상기 절연막 패턴 상에 형성되며, 상기 반도체 칩 외부에서 방열판과 연결되도록 구성된 열전도성막 패턴과; 상기 열전도성막 패턴 상에 형성된 열차단막 패턴과; 상기 열차단막 패턴의 일측 에지부 상면이 소정 부분 노출되도록, 상기 열차단막 패턴 상에 형성된 유전막 패턴; 및 상기 유전막 패턴의 상면 소정 부분과 이와 연결된 그 측면 선상 및 상기 반도체 칩 상의 소정 부분을 따라 일체로 연결되도록 형성된 금속 패드로 이루어진 열영상 검출용 반도체 장치가 제공된다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 신호처리를 위한 회로가 집적된 반도체 칩 상에 절연막과 열전도성막 및 열차단막을 순차적으로 형성하는 공정과; 상기 열차단막 상에 유전막을 형성하는 공정과; 상기 열차단막의 표면이 소정 부분 노출되도록 상기 유전막을 선택식각하여, 유전막 패턴을 형성하는 공정과; 상기 유전막 패턴의 상면과 그 일측면을 포함한 상기 반도체 칩 상의 소정 부분에 감광막 패턴을 형성하는 공정과; 상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 유전막 패턴 하단에 놓여진 상기 열차단막과 상기 열전도성막 및 상기 절연막을 선택식각하고, 상기 감광막 패턴을 제거하는 공정; 및 상기 유전막 패턴의 상면 소정 부분과 이와 연결된 그 측면 선상 및 상기 반도체 칩 상의 소정 부분을 따라 일체로 연결되도록 금속 패드를 형성하는 공정으로 이루어진 열영상 검출용 반도체 장치 제조방법이 제공된다.
상기 구조를 가지도록 열영상 검출용 반도체 장치를 제조할 경우, 상기 반도체 장치 제조시 초전형 열전소자와 단결정 구조의 집적소자를 별도로 제작할 필요가 없을 뿐 아니라 이들을 재조립하기 위한 본딩 공정 자체도 스킵(skip)할 수 있게 되므로, 공정 진행을 단순화할 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
본 발명은 열영상 검출용 반도체 장치를 모놀리틱 IC(monolithic IC) 형태로 제조하여 공정 단순화를 이룰 수 있도록 하는데 주안점을 둔 기술로서, 도 2a 내지 도 2d에는 이와 관련된 도면이 제시되어 있다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명에서 제안된 열영상 검출용 반도체 장치 제조방법을 도시한 공정수순도를 나타낸 것으로, 이를 참조하여 그 제조방법을 제 4 단계로 구분하여 살펴보면 다음과 같다.
제 1 단계로서, 도 2a에 도시된 바와 같이 신호처리를 위한 회로가 집적된 반도체 칩(100) 상에 4000 ~ 6000Å 두께의 절연막(102)과 4000 ~ 6000Å 두께의 열전도성막(104) 및 1 ~ 2㎛ 두께의 열차단막(106)을 순차적으로 형성한 뒤, 그 위에 1 ~ 2㎛ 두께의 유전막을 형성한다. 이때, 절연막(102)은 산화막 재질로 형성되고, 열전도성막(104)은 Al, Cu, Au 등과 같이 선택적 열전도도가 우수한 막질로 형성되며, 열차단막(106)은 폴리이미드(polyimide)나 포토레지스트(photoresist) 등의 재질로 형성되고, 유전막(108)은 유전체의 자발 분극에 의해 초전 전류가 발생하는 BST(BaSrTiO3), PZT(PbZrTiO3), BT(BaTiO3), PST(PbScTaO3) 등의 강유전체 물질로 형성된다.
제 2 단계로서, 도 2b에 도시된 바와 같이 사진식각공정을 이용하여 열차단막(106)의 표면이 소정 부분 노출되도록 유전막(108)을 선택식각하여, 열차단막(106) 상에 복수의 유전막 패턴(108a)을 형성한다. 이어, 상기 유전막 패턴(108a)의 상면과 그 일측면 및 반도체 칩(100) 상의 소정 부분을 따라 감광막 패턴(110)을 형성한다.
제 3 단계로서, 도 2c에 도시된 바와 같이 감광막 패턴(110)을 마스크로 이용하여 열차단막(106)과 열전도성막(104) 및 절연막(102)을 순차적으로 선택식각하여, 유전막 패턴(108a)의 하단에 열차단막 패턴(106a)과 열전도성막 패턴(104a) 및 절연막 패턴(102a)이 순차적으로 놓여지도록 한 뒤, 상기 감광막 패턴(110)을 제거한다.
제 4 단계로서, 도 2d에 도시된 바와 같이 리프트 오프(lift-off) 공정을 이용하여 상기 유전막 패턴(108a)의 상면 소정 부분과 이와 연결된 그 측면 선상 및 반도체 칩(100) 상의 소정 부분을 따라 일체로 연결되는 구조의 금속 패드(112)를 형성하므로써, 본 공정 진행을 완료한다.
이때, 상기 금속 패드(112)는 리프트-오프 공정외에 사진식각공정을 이용하여 형성할 수도 있는데, 이 경우에는 다음과 같은 방식으로 공정이 진행된다.
즉, 제 3 단계의 공정을 거쳐 제조된 상기 결과물 전면에 스퍼터링법으로 금속막을 형성하고, 금속 패드 형성부를 한정하는 감광막 패턴(미 도시)을 마스크로 이용하여 상기 금속막을 식각한 다음, 감광막 패턴을 제거해 주는 방식으로 공정이 진행된다.
그 결과, 신호처리를 위한 회로가 집적된 반도체 칩(100) 상에는 산화막 재질의 절연막 패턴(102a)이 형성되고, 상기 절연막 패턴(102a) 상에는 반도체 칩(100) 외부에서 방열판과 연결되도록 구성된 Al, Cu, Au 등의 재질로 이루어진 열전도성막 패턴(104a)이 형성되며, 상기 열전도성막 패턴(104a) 상에는 폴리이미드나 포토레지스트 재질의 열차단막 패턴(106a)이 형성되고, 상기 열차단막 패턴(106a) 상에는 상기 열차단막 패턴(106a) 표면의 일측 에지부 상면이 소정 부분 노출되도록 강유전체 재질의 유전막 패턴(108a)이 형성되며, 상기 유전막 패턴(108a)의 상면 소정 부분과 이와 연결된 그 측면 선상 및 반도체 칩(100) 상의 소정 부분을 따라서는 금속 패드(112)가 형성되어 있는 구조의 열영상 검출용 반도체 장치가 완성된다.
여기서, 열전도성막 패턴(104a)은 반도체 칩(100)에서 발생된 열을 흡수한 뒤, 이를 방열판을 통해 외부로 내보내 주어 반도체 칩(100)에서 발생된 열이 유전막 패턴(108a)쪽으로 전달되는 것을 막아주는 역할을 담당하며, 열차단막 패턴(106a)은 반도체 칩(100)에서 나오는 열과 유전막 패턴(108a)에서 나오는 열을 차단시켜 노이즈(noise) 발생을 억제하는 역할을 담당한다.
이와 같이 열영상 검출용 반도체 장치를 제조할 경우, 초전형 열전소자와 단결정 구조의 집적소자를 별도로 제작할 필요가 없을 뿐 아니라 초전형 열전소자 제조시 필수적으로 요구되던 홈 형성 공정이나 폴리싱 공정 등이 필요없게 되고, 또한 이들을 재조립하기 위한 본딩 공정 자체도 스킵할 수 있게 되므로 공정 단순화와 비용 절감 효과를 동시에 얻을 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 열영상 검출용 반도체 장치의 구조 변경을 통하여 상기 반도체 장치를 모놀리틱 IC 형태로 제조할 수 있게 되므로, 공정 단순화와 비용 절감을 이룰 수 있게 된다.
Claims (11)
- 신호처리를 위한 회로가 집적된 반도체 칩과;상기 반도체 칩 상의 소정 부분에 형성된 절연막 패턴과;상기 절연막 패턴 상에 형성되며, 상기 반도체 칩 외부에서 방열판과 연결되도록 구성된 열전도성막 패턴과;상기 열전도성막 패턴 상에 형성된 열차단막 패턴과;상기 열차단막 패턴의 일측 에지부 상면이 소정 부분 노출되도록, 상기 열차단막 패턴 상에 형성된 유전막 패턴; 및상기 유전막 패턴의 상면 소정 부분과 이와 연결된 그 측면 선상 및 상기 반도체 칩 상의 소정 부분을 따라 일체로 연결되도록 형성된 금속 패드로 이루어진 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 반도체 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 절연막 패턴은 4000 ~ 6000Å 두께의 산화막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 반도체 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 열전도성막 패턴은 4000 ~ 6000Å 두께의 Al이나 Cu 혹은 Au 중 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 반도체 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 열차단막 패턴은 1 ~ 2㎛ 두께의 폴리이미드나 포토레지스트로 이루어진 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 반도체 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 유전막 패턴은 1 ~ 2㎛ 두께의 BST(BaSrTiO3), PZT(PbZrTiO3), BT(BaTiO3), PST(PbScTaO3) 중 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 반도체 장치.
- 신호처리를 위한 회로가 집적된 반도체 칩 상에 절연막과 열전도성막 및 열차단막을 순차적으로 형성하는 공정과;상기 열차단막 상에 유전막을 형성하는 공정과;상기 열차단막의 표면이 소정 부분 노출되도록 상기 유전막을 선택식각하여 유전막 패턴을 형성하는 공정과;상기 유전막 패턴의 상면과 그 일측면을 포함한 상기 반도체 칩 상의 소정 부분에 감광막 패턴을 형성하는 공정과;상기 감광막 패턴을 마스크로 이용하여 상기 유전막 패턴 하단에 놓여진 상기 열차단막과 상기 열전도성막 및 상기 절연막을 선택식각하고, 상기 감광막 패턴을 제거하는 공정; 및상기 유전막 패턴의 상면 소정 부분과 이와 연결된 그 측면 선상 및 상기 반도체 칩 상의 소정 부분을 따라 일체로 연결되도록 금속 패드를 형성하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 반도체 장치 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 절연막은 4000 ~ 6000Å 두께의 산화막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 반도체 장치 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 열전도성막은 4000 ~ 6000Å 두께의 Al이나 Cu 혹은 Au 중 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 반도체 장치 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 열차단막은 1 ~ 2㎛ 두께의 폴리이미드나 포토레지스트로 형성하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 반도체 장치 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 유전막은 1 ~ 2㎛ 두께의 BST, PZT, BT, PST 중 선택된 어느 하나로 형성하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 반도체 장치 제조방법.
- 제 6항에 있어서, 상기 금속 패드는 리프트-오프 공정이나 사진식각공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 열영상 검출용 반도체 장치 제조방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1019980061561A KR100276657B1 (ko) | 1998-12-30 | 1998-12-30 | 열영상 검출용 반도체 장치 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1019980061561A KR100276657B1 (ko) | 1998-12-30 | 1998-12-30 | 열영상 검출용 반도체 장치 및 그 제조방법 |
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Family Applications (1)
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-
1998
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| KR20000045049A (ko) | 2000-07-15 |
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