KR101210176B1 - 이미지 센서를 위한 금속 상호접속부 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기판; 상기 기판의 경계를 형성하는 상기 기판의 둘레에 걸쳐있는 밀봉 소자; 상기 경계 내에 포함된 2개 이상의 별개 층들에서 기판에 걸쳐있는 2개의 금속 라인; 상기 밀봉 소자의 외부에 배치된 제 1 전도성 소자; 및 상기 2개의 금속 라인을 연결하고 상기 밀봉 소자에 걸쳐있는 하나 이상의 제 2 전도성 소자를 갖되, 상기 전도성 소자들이 내산화성이고 상기 금속 라인들을 상기 제 1 전도성 소자와 연결시키는 실질적 비산화성 금속인 집적 회로에 관한 것이다.
Description
본 발명은 이미지 센서를 위한 금속 상호접속부 분야, 더욱 구체적으로는 구리로 제조되며 비부식성 금속을 통해 밀봉 링의 외부 회로에 연결되는 금속 상호접속부에 관한 것이다.
이미지 센서는 다수의 픽셀을 갖는 기판을 포함한다. 각각의 픽셀은 전형적으로 입사광을 전하 패킷으로 변환시키는 감광 영역을 포함한다. 그로부터의 전하를 통과시키는 것 및 이미지화 영역 외부에 존재할 수 있는 전하 패킷의 신호 처리와 같은 다양한 목적을 위해 하나 이상의 트랜지스터가 상기 감광 영역에 연결되어 있다. 각각의 트랜지스터는 상기 트랜지스터가 목적하는 대로 작동되도록 전압원에 연결된다. 다수의 버스가 상기 트랜지스터를 전압원에 연결시킨다.
버스들은 전형적으로 서로 적층되고, 이들은 전기 상호접속부, VIA 및 프리-콘택트(pre-contact)를 통해 함께 연결되어 결국 내부 밀봉 링을 통해 외부 패드로 통과된다. 웨이퍼 DIE 상의 이들 외부 패드는 결국 패키지 리드에 연결되어 전기 상호접속부를 형성한다.
전형적으로, 버스는 알루미늄(Al) 또는 구리(Cu)로 제조된다. 그러나, 구리를 내부 밀봉 링의 외부로 연장시키면, 구리가 공기 등에 노출되어 상기 구리가 산화하게 된다. 알루미늄은 공기에 노출될 때 산화되는 정도가 덜하지만, 그의 전도성은 구리보다 낮다.
결론적으로, 그의 전도성 때문에 구리를 사용하지만 또한 공기에 노출될 때 산화하는 경향을 저지시키는 이미지 센서에 대한 요구가 존재한다.
발명의 요약
본 발명은 앞서 개시한 문제점들 중 하나 이상을 해결하는 것이다. 간단히 요약하자면, 본 발명의 하나의 양태에 따라, 본 발명은, 기판; 상기 기판의 경계를 형성하는 상기 기판의 둘레에 걸쳐있는 밀봉 소자; 상기 경계 내에 포함된 2개 이상의 별개 층들에서 기판에 걸쳐있는 2개의 금속 라인; 상기 밀봉 소자의 외부에 배치된 제 1 전도성 소자; 및 상기 2개의 금속 라인을 연결하고 상기 밀봉 소자에 걸쳐있는 하나 이상의 제 2 전도성 소자를 갖되, 상기 전도성 소자들이 내산화성이고 상기 금속 라인들을 상기 제 1 전도성 소자와 연결시키는 실질적 비산화성 금속인 집적 회로에 관한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 양태, 목적, 특징 및 이점들은 하기 목적하는 실시양태의 상세한 설명 및 하기 청구의 범위를 검토하고 첨부 도면을 참고하면 더욱 분명하게 이해될 것이다.
발명의 유리한 효과
본 발명은 밀봉 링의 내부에 구리를 사용하는 이점을 갖지만, 이를 밀봉 링의 외부로 연장시키지는 않는다. 그 대신, 밀봉 링의 외부에는 VIA 및 프리-콘택트 내의 내부식성 금속, 예컨대 텅스텐이 사용된다.
도 1은 본 발명의 전형적인 트랜지스터의 횡단면도이다.
도 2는 트랜지스터를 외부 회로에 연결시키는 금속 상호접속부의 측면도이다.
본 발명을 설명하기 전에 본원에 사용되는 일부 용어를 설명하는 것이 유리하다. 이와 관련하여, 프리-콘택트는 반도체 기판과 그 바로 위에 존재하는 금속 층, 즉 금속 1 사이의 전기 상호접속부이다. VIA는 인접하는 금속 라인들, 예컨대 금속 1 및 금속 2 사이의 전기 상호접속부이다. 또한, 소오스, 게이트 및 드레인은 각각 그 자체의 프리-콘택트 및 각각의 금속 층을 가질 것임을 주지한다. 예를 들면, 소오스는 그 자체의 프리-콘택트, 금속 1, 금속 2, 금속 3 및 금속 4를 가질 것이고, 게이트는 그 자체의 프리-콘택트, 금속 1, 금속 2, 금속 3 및 금속 4를 가질 것이다. 각각이 금속 층 1 등을 가질지라도, 이들은 서로 다르고, 상기 1은 기판 바로 위에 존재하는 금속을 지칭함을 주지한다.
도 1 및 2를 참고하면, 본 발명의 CMOS 집적 회로(IC) DIE(5)의 단면도이다. CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) IC는 소오스(11) 및 드레인(12) 터미널과 함께 게이트 터미널(10)을 각각 갖는 다수의 MOSFET 트랜지스터를 포함한다. (도 2는 소오스, 드레인 또는 게이트 터미널 중 하나를 위해 제조될 수 있는 금속 층들 및 콘택트(13)를 제시한다) 철저하게 하기 위해, 이미지 센서 IC는 또한 당해 분야에 잘 공지되어 있는 바와 같이 광다이오드 내의 전하 패킷으로서 대변되는 입사광을 수용하는 다수의 광 다이오드(3)를 또한 포함함을 주지한다.
전기 상호접속부를 형성하기 위해, 게이트(10)는 프리-콘택트(13g)를 통해 금속 1(17g)과 연결되는 반면, 반도체 기판(14) 내의 나머지 고도로(heavily) 도핑된 소오스(11) 및 드레인(12) 구역은 이들 프리-콘택트(13s, 13d)를 통해 금속 1(17s, 17d)과 연결된다. 게이트 전극(10) 아래의 반도체 내의 채널 구역(15)은 소오스(11)와 드레인(12)을 분리시킨다. 채널(15)은 소오스(11)와 드레인(12)의 것과 반대의 도판트 유형으로 저도로(lightly) 도핑된다. 또한, 반도체는 게이트 유전 층(16)(예컨대, SiO2/Si3N4)에 의해 게이트 전극(10)으로부터 물리적으로 분리된다. 신호 및 동력을 부가하기 위해, 전달(routing) 금속 층(17,18,19,20)은 모듈들 사이의 논리 신호의 전달(특히 자동화된 전달)을 용이하게 하는데 중요하며, 모듈로의 동력 및 시계(clock) 분배를 개선시킨다. 개선된 전달성은 추가 금속 층(18,19,20)을 통해 달성된다. 다수의 상호접속부 금속(17,18,19,20)은 점차 이미지 센서(CMOS 및 CCD) 뿐만 아니라 CMOS IC 모두에 대해 거의 의무적인 것이 되어간다.
인접한 금속 층(17,18,19,20) 각각은 중간 단리 층(21)에 의해 분리되며, 이들의 전기 연결은 VIA(22) 및 프리-콘택트(13)에 의해 달성된다. VIA(22) 및 프리-콘택트(13)는, 내부식성이기도 한 썸-베터-스텝-커버리지 금속(some better step coverage metal) 금속 물질, 예컨대 텅스텐(W) 등으로 침적된다. 마이크론 이하의 깊이를 갖는 반도체, 예컨대 0.18마이크론 미만의 CMOS 또는 기타 CCD 기술의 고속 성능을 개선시키기 위해, 구리(Cu) 금속(17,18,19)은 그의 높은 전도성, 낮은 시이트 저항성 및 낮은 비용 때문에 전통적인 알루미늄(Al) 금속을 대체하기 위한 중요한 역할을 담당해 왔다. 그러나, 단점으로는 Cu가 쉽게 산화되고 부식된다는 것이다.
도 2를 참고하면, Cu계 IC 제품을 웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지(CSP)에 맞추기 위해, 모든 비구리계 금속 층, 예컨대 금속 층 4(20) 및 VIA(22), 및 프리-콘택트(13)(이는 다이(5)의 둘레에 인접한다)는 신장되어서(23,24,25,26,27), 다이(5)의 둘레(내부 밀봉 링(28))를 지나 연장하는 벽-모양 연장부를 형성한다. 이들 신장된 금속 층(23), 비자(Visa)(24,25,26) 및 프리-콘택트(27)는, 부식 및/또는 쉽게 산화시킬 수 있는 분위기(특히 공기)에 노출되도록 구리(Cu) 금속(17,18,19)이 다이(5)의 내부 링(28)을 지나 연장되지 않고, 전도체가 PAD(29)에 전기적으로 연결되는 것을 허용한다. VIA(22,24,25,26) 및 프리-콘택트(13,27)는 부식을 저지하는 내부식성 물질, 예컨대 텅스텐으로 제조된다. 상호접속부 금속 층(17,18,19)은 예컨대 상부 금속 층 4(20)을 제외하고는 전형적으로 구리로 제조된다. 본 발명은 리드와 CSP PAD 29 연장 금속 사이에 강건한 연결부를 제공할 것이다. 본 발명은 또한 예컨대 가능하게는 IC 산업에서 웨이퍼 레벨 CSP 기술을 사용하여 Cu계 상호접속부 금속 층(17,18,19)을 갖는 모든 CMOS IC 및 CCD 이미지 센서 제품에 적용될 수 있다.
<<도면 부호 설명>>
10 - 게이트 11 - 소오스
12 - 드레인 13 - 프리-콘택트
17 - 금속 층 1 18 - 금속 층 2
19 - 금속 층 3 20 - 금속 층 4
21 - 단리 층
Claims (2)
- 기판(14);상기 기판에 수직으로 배치되어 있고, 상기 기판의 일부에 걸쳐있는 밀봉 소자(28);상기 밀봉 소자의 바깥쪽 측면을 따라 위치하고, 상기 밀봉 소자의 제 1 면 상에 위치한 제 1 전도성 소자(29);둘 모두가 상기 기판에 평행하고, 상기 밀봉 소자의 제 1 면의 반대면인 제 2 면 상에 위치한 2개의 별도의 금속 라인(17, 18, 19, 20); 및상기 2개의 별도의 금속 라인 사이에 위치하고 상기 기판의 일부에 걸쳐있는 제 2 전도성 소자(24, 25, 26)를 포함하되, 상기 제 2 전도성 소자가 내산화성인 실질적 비산화성 금속을 포함하고, 상기 밀봉 소자를 지나 연장되어 상기 2개의 금속 라인 중 적어도 하나를 상기 제 1 전도성 소자로 전기적으로 연결시키는 집적 회로.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 전도성 소자가 텅스텐인 집적 회로.
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