KR102361998B1

KR102361998B1 - 센서 칩

Info

Publication number: KR102361998B1
Application number: KR1020150137466A
Authority: KR
Inventors: 펠릭스 마이어; 울리히 바르취; 마틴 윈거; 마르쿠스 그라프; 파스칼 거너
Original assignee: 센시리온 에이지
Priority date: 2014-09-26
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2022-02-10
Also published as: EP3001186B1; KR20160037119A; JP6713259B2; JP2016070931A; US20160091446A1; EP3001186A1; CN105466463B; US9506885B2; CN105466463A

Abstract

센서 칩이 전면 측(11) 및 후면 측(12)을 가진 기판(1); 및 그 후면(12) 측으로부터 그 전면 측(11)까지 관통하여 도달하는 기판(1)에서의 개구(13)를 포함한다. 유전층과 도전층의 적층(2)은 기판(1)의 전면 측(11)상에 배열되고, 이 적층(2)의 일부분은 기판(1)에서 개구(13)의 전 범위에 걸쳐 있다. 접촉 패드들(32)이 센서 칩을 전기적으로 접촉시키기 위해 기판(1)의 전면 측(11)에 배열된다. 감지 소자(4)는 적층(2)의 일부분상에 배열되고 개구(13)와 마주보는 일부분의 한 측상에서 개구(13)의 전 범위에 걸쳐 있다.

Description

센서 칩{SENSOR CHIP}

본 발명은 센서 칩, 및 센서 칩을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

본 출원과 관련하여, 센서들은 반도체 기판들상에 집적되는 경향이 있다. 이러한 종류의 제조 방식은 센서들의 크기가 이산 유형의 센서에 비해 상당히 감소될 수 있다는 점에서 이점이 있고, 이러한 센서들은 동일한 반도체 기판상에 통합되는 전자 회로와 함께 배열될 수 있고, 이 전자 회로는 센서에 의해 전달되는 신호에 작용하는, 증폭, 평가 등과 같은 기능들을 포함할 수 있다.

센서를 포함하는 통합된 칩은 하기에서 센서 칩이라고 불린다. 이러한 센서 칩에서, 센서 및 가능하게는 전자 회로는 기판(substrate)의 전면 측에 배열된다. 회로는 CMOS 프로세싱에 의해 형성될 수 있으며, 센서의 감지 소자의 전면 측상의 구축 및/또는 배열은 CMOS 프로세싱과 호환될 수 있는 방식으로 구현될 수 있다. 이러한 센서 칩이 프로세싱 시스템에 통합될 필요가 있는 경우, 센서 칩은 통상적으로, 예를 들어, 인쇄 회로 기판(printed circuit board)과 같은 상이한 회로 기판상에 상주하는 회로에 접속될 것이다. 센서 칩을 이러한 회로 기판에 실장하기 위한 양호한 방식은 감지 소자 및 회로를 포함하는 센서 칩의 전면 측이 회로 기판과 마주보며 이것에 전기적으로 접속되도록 센서 칩이 플립되는 플립 칩 실장법(flip chip mounting)이라고 지칭되는 기법이다. 전기적 접속은 통상적으로 센서 칩의 전면 측에 배열되는 접촉 패드들과 회로 기판상에 배열되는 접촉 패드들과 그 사이에 있는 땜납 재료 사이에서 달성된다.

그러나, 이제 감지 소자는 회로 기판과 마주보는데, 이는 여러가지 이유로 선호되지 않을 수 있다: 센서가 센서 환경의 매개체에서 어떤 측정량을 검출해야 할 경우에, 그와 같은 매개체는 회로 기판과 마주보는 감지 소자의 배열로 인해 감지 소자에의 충분한 접근을 갖지 못할 수 있다. 게다가 및 심지어 더 나쁘게는, 감지 소자는 취급 동안 영향을 받을 수 있는데, 센서 칩을 회로 기판에 실장하고/납땜할 때, 예를 들어 땜납 형성 플럭스를 인가할 때 특히 그러할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의해 해결하려는 과제는 센서 칩을 취급하는 동안 센서 소자가 덜 노출되는 센서 칩을 제공하는 것이다.

이러한 과제는 독립항 제1항의 특징들에 따른 센서 칩에 의해, 및 독립항 제13항의 특징들에 따른 센서 칩을 제조하기 위한 방법에 의해 해결된다.

센서 칩은 전면 측 및 후면 측을 가진 기판을 포함한다. 접촉 패드(contact pad)들이 센서 칩을 전기적으로 접촉시키기 위해 기판의 전면 측에 배열된다. 기판의 후면 측으로부터 기판의 전면 측까지 관통하여 도달하는 개구가 기판에 제공된다. 유전층과 도전층의 적층이 기판의 전면 측상에 배열되는데, 이 적층의 일부분은 기판의 개구의 전 범위에 걸쳐 있다(span). 감지 소자는 적층의 일부분상에 배열되어, 개구와 마주보는 일부분의 측상에서 개구의 전 범위에 걸쳐 있다.

센서 칩을 제조하기 위한 방법은 전면 측과 후면 측을 가진 기판, 및 기판의 전면 측상에 배열되는 유전층과 도전층의 적층을 제공하는 단계를 포함한다. 개구는 적층의 일부분을 노출시키기 위해 그 후면측으로부터 기판 내에 생성된다. 감지 소자는 개구를 통하여 적층의 노출된 일부분상에 형성된다.

센서 칩은 이제 그 전면 측이 회로 기판과 마주보면서 회로 기판에 실장될 수 있는데, 즉 이 측은 만약 있다면 전자 회로 및 접촉 칩들이 배열되는 곳이다. 그와 같은 실장 오리엔테이션은 또한 플립 칩 실장으로서 지칭된다. 그에 따라, 감지 소자는 전면 측에 배열되지 않고 그와 같으므로 회로 기판과 마주보지 않는다. 그러므로, 감지 소자는 측정될 매개체에 충분히 노출된다. 또한 센서 칩을 회로 기판상으로 실장하거나 납땜하는 동안 감지 소자는 노출되거나 위태롭게 되지 않는다. 그 대신에, 감지 소자는 기판의 개구 및 기판에 의해 노출되고 또한 개구의 전 범위에 걸쳐 있는 적층의 일부분에 의해 생성되는 공동 내에 배열된다. 그에 따라, 센서 칩을 회로 기판에 실장하거나 납땜하는 동안 감지 소자는 오염으로부터 보호된다.

기판은 유리하게는 반도체 기판이며, 양호하게는 실리콘 기판이다. 그러나, 기판은 세라믹, 유리, 폴리머, 또는 다른 유전체 기판으로서 구체화될 수 있다. 한 예에서, 기판의 두께는 웨이퍼들의 보통의 표준 두께들인 500 μm와 800 μm 사이에 있다. 또 다른 실시예에서, 표준 웨이퍼는 얇아질 수 있고 기판의 두께는 200 μm와 400 μm 사이에 있다.

기판이 제공되고, 그리고 적어도 하나의 절연층 및/또는 적어도 하나의 도전층을 포함하고 및 양호하게는 하나 이상의 절연층들 및 하나 이상의 도전층들로 구성되는 층들의 적층이, 전면 측으로 지칭되는 기판의 한 측상에 피착된다. 양호하게는, 층들의 적층은 CMOS 제조 공정들을 적용하기 위해 정의되는 CMOS 층들의 적층이다. 그러한 CMOS 공정에서, 도전체들 및 다른 회로, 및 양호하게는 능동 전자 회로가, 예를 들어 도핑에 의해 특히 기판 내에 가공 처리된다. 센서 칩에 통합되는 전자 회로는, 예를 들어 센서 칩의 기능성의 적용과 범위에 종속되는 감지 소자로부터의 신호를 평가하거나 증폭하기 위한 평가 또는 증폭 회로를 포함할 수 있다. 양호하게는, 전자 회로는 개구에 대하여 마련된 기판 영역의 외부에 배열된다.

이 가공 처리는 또한 센서 칩을 외부 세계에 전기적 접속하기 위해 적층에 접촉 패드들을 정의하고 제조하는 것을 포함할 수 있다. 접촉 패드들은 적층 중의 한 도전층으로부터 가공 처리될 수 있는데, 이 도전층은 접촉을 허용하기 위해 부분적으로 노출될 수 있다. 이 예에서, 적층에 제조되는 접촉 패드들은 센서 칩을 위한 접촉 패드들의 역할을 한다. 상이한 실시예에서, 적층은, 적층의 접촉 패드들에 접속하고 또한 외부로부터 접근가능한 그 자신의 접촉 패드들을 제공하는 재분포층(redistribution layer)이라고 지칭되는 도전성 구조들을 포함하는 절연층에 의해, 특히 그 사이 내에 배열되는 어떠한 층도 없이, 도포된다. 양호하게는, 재분포층은 하나 이상의 절연층들 및 도전성 구조들로 구성된다. 이런 맥락에서 및 일반적으로 적용 가능하게는, 소자가 기판의 전면 측에 배열될 때, 그와 같은 배열은 그와 같은 소자를 기판의 전면 측상으로 피착하는 것을 포함할 것이지만, 이 배열은, 이 소자가 기판 자체에 반드시 닿지는 않도록, 기판의 전면 측상에 피착된 다른 층들상으로 그와 같은 소자를 피착하는 것을 또한 포함할 것이다. 그러면서도, 그와 같은 소자들은, 이들이 기판의 후면 측에 또는 측면 측들에 배열되지 않는다는 점에서 전면 측에 배열된다. 물론, 동일한 사항이 후면 측 또는 임의의 다른 로케이션에 대해 성립한다.

감지 소자와 상호 작용하기 위한 전극들이 적층상에 또는 적층 내에, 및 특히 개구의 전 범위에 걸쳐 있는 적층의 일부분에 배열되는 것이 양호하다. 적층은 다양한 도전층들을 포함할 수 있는데, 이들 중 하나 이상은 감지 소자와의 상호 작용을 위해 준비될 수 있다. 양호하게는, 전극들은 적층 중의 도전층들 중 하나 이상의 도전층들에 형성되고, 또한 직접적으로 감지 소자와 접촉하거나 또는 감지 소자와 무접촉으로, 예를 들어 용량성 측정으로 상호 작용할 수 있다. 양호하게는, 적층은 개구의 전 범위에 걸쳐 있는 적층의 일부분 내에 개구와 마주보는 바닥부 유전층을 포함한다. 전극들은 개구의 전 범위에 걸쳐 있는 적층의 일부분에서 바닥부 유전층 내에 또는 그 상에 배열된다.

전극들의 구축과 닮은 방식으로, 감지 소자를 가열하기 위한 가열 구조가 적층 내에 또는 그 상에 구축될 수 있다. 감지 소자를 가열하는 것은, 감지 소자가 예를 들어 가스 센서를 구현하기 위해 형성될 수 있는 금속 산화물을 포함하는 경우에 상승된 온도에서 감지 소자를 작동시키기 위해 요구될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 감지 소자가 온도 센서 또는 습도 센서인 경우에, 가열은 예를 들어 테스트 목적을 위해 환경 온도 외에 제2 온도 측정 포인트를 야기하기 위해 요구될 수 있다. 양호하게는, 가열 구조는 적층 중의 도전층들 중 하나 이상의 도전층들에 형성된다. 양호하게는, 적층은 개구의 전 범위에 걸쳐 있는 적층의 일부분 내에 개구와 마주보는 바닥부 유전층을 포함한다. 가열 구조는 개구의 전 범위에 걸쳐 있는 적층의 일부분에서 바닥부 유전층 내에 또는 그 상에 배열된다. 양호하게는, 가열 구조는 전극들이 있는 층과 동일한 층에 제조되고, 및 양호하게는 동일 제조 공정들에 의해 제조된다.

전극들 또는 적용 가능한 경우의 가열 구조는 일 실시예에서 적용 가능한 경우에 전자 회로를 가공 처리하는 동안 제조될 수 있다. 그러므로, 그 상에 피착된 적층을 가졌지만 개구는 아직 없는 기판은 전자 회로, 전극들 및/또는 가열 구조를 구축하기 위해 가공 처리된다. 이후에 개구는 기판에서 그 후면 측으로부터 생성된다. 특히, 개구의 에칭은 적층의 부분들 내에 도달할 수 있고 또한 전극들 또는 가열 구조를 제각기 드러낼 수 있다.

상이한 실시예에서, 그 상에 피착된 적층을 가진 기판은, 예를 들어 전자 회로를 통합하기 위해 그러나 전극들 및/또는 가열 구조를 아직 구축하지 않고서, 가공 처리될 수 있다. 이후, 개구가 기판에 생성될 수 있고, 전극들 및/또는 가열 구조는 개구와 마주보는 적층의 일부분상에 또는 그 내에 기판의 후면 측으로부터 개구를 통하여 제조될 수 있다. 이는 한가지 대안에서 개구를 통한 전극들 및/또는 가열 구조의 추가적 피착을 포함할 수 있다. 또 다른 대안에서, 이는 기존 적층 중의 도전층들과 같은 하나 이상의 층들에 개구를 통하여 전극들 및/또는 가열 구조를 구조화하는 것을 포함할 수 있다. 개구는, 예를 들어 에칭에 의해 제조될 수 있다.

감지 소자는, 그 대신에, 양호하게는 기판의 후면 측으로부터 개구를 통하여 제조될 수 있다. 감지 소자를 형성하는 물질은 양호하게는 기판의 개구를 통하여 감지 물질을 무접촉으로 디스펜싱함으로써 기판의 개구와 마주보는 적층 측상에, 또는 이 측상에 피착되는 층상에 가해진다. 무접촉 디스펜싱은 프린팅, 스프레이 코팅, 및 특히 무접촉 마이크로디스펜싱을 포함할 수 있다. 어떠한 경우든 감지 소자는 전극들 및/또는 가열 구조가 제조된 후에 형성된다.

감지 소자와 임의의 전극들 또는 가열 구조 사이에, 전극들 및/또는 가열 구조를 보호하기 위한 보호 코팅이 형성될 수 있다. 양호하게는, SiN 층과 같은 보호 코팅은 또한 기판의 후면 측으로부터 개구를 통하여 형성되고, 감지 물질 이전에 및 사전에 미리 가공 처리되지는 않았다면 임의의 전극들 또는 가열 구조들을 제조한 후에 피착된다. 이후, 감지 소자는 양호하게는 보호 코팅상으로 피착된다.

유리한 실시예에 있어서, 멤브레인이 기판의 후면 측에 배열되고, 감지 소자로부터 멀리 있는 개구의 전 범위에 걸쳐 있다. 그와 같은 멤브레인은 감지 소자를 보호하는 한편 이것은 매개체로 하여금 감지 소자에 접근하여 측정되도록 허용한다. 그러므로, 이 멤브레인은 그와 같은 매개체에게, 예를 들어 가스에 대해 투과성을 갖는다. 멤브레인은 양호하게는 예를 들어 Gore Tex®로부터의 폴리머로 만들어진다. 멤브레인은 양호하게는 기판에게 또는 기판의 후면 측상에 피착된 층에게 붙여지는데, 예를 들어 접착된다. 멤브레인은 이것이 감지 소자에의 충분한 접근을 허용하는 경우에 영구적 덮개로서 제공될 수 있거나, 또는 대안적으로 제조 동안의 임시 보호물로서 제공될 수 있다.

센서 칩은 이전에 논의된 것처럼 어떠한 추가적 패키징도 없이 회로 기판상으로 실장될 수 있다. 대안적으로, 센서 칩은, 예를 들어 하우징을 주조하고 기판의 후면 측상에 캡 웨이퍼를 형성함으로써, 또는 다른 수단에 의해, 추가로 패키징될 수 있고, 이후 회로 기판상으로 실장될 수 있다.

양호한 실시예들에서, 센서 칩은 가스 센서(특히 습도 센서), 유체 유량 센서, 가스 유량 센서, 압력 센서, 적외선 센서 중 하나 이상으로서 사용된다. 대응하는 하나 이상의 감지 소자들이 제공된다. 양호한 실시예에서, 상이한 측정량들(measurands)을 감지할 수 있는 두 개 이상의 감지 소자들이 제공된다. 특히, 감지 소자들은 그 중 하나는 습도(즉, 기체 상태의 운반체에서의 기체 상태의 물)일 수 있는 적어도 2개의 측정량들을 다르게 감지한다. 예를 들어, 어느 한 감지 소자는 주로 습도만을 감지할 수 있는 반면, 다른 감지 소자는 물 이외의 가스에 대한 강한 감도를 보여준다. 그러므로, 2개의 센서로부터의 측정들을 조합함으로써, 습도뿐만이 아니라 상기 다른 가스에 대한 정량적 또는 정성적 분석이 달성될 수 있다. 일 실시예에서, 이들 다중 감지 소자는 적층의 동일한 일부분상에 제공되고, 그러므로 공통 개구를 통하여 형성된다. 상이한 실시예에서, 각각의 감지 소자에 대해, 상이한 개구가 기판 내에 제조되고, 각각의 감지 소자는 적층의 상이한 일부분에 형성되고, 각각의 일부분은 상이한 개구의 전 범위에 걸쳐 있다. 다양한 개구들이 동일 단계에서, 예를 들어 에칭에 의해 제조될 수 있다. 2개 이상의 감지 소자들이라는 임의의 그와 같은 시나리오에서, 각각의 감지 소자가 유사한 또는 동일한 제조 단계에 의해, 예를 들어 기판의 제각기 개구를 통하여 대상 감지 물질을 무접촉으로 디스펜싱함으로써 그 지정된 개구를 통하여 제조되는 것이 양호하다. 대상 감지 물질은 다양한 개구들을 통하여 동시적으로 또는 순차적으로 디스펜싱될 수 있다. 프린트 헤드가 상이한 감지 물질들을 포함하는 상이한 챔버들을 제공받을 수 있다. 분리된 개구들이 다양한 감지 소자들이 서로 독립적으로 열적으로 제어될 수 있다는 점에서 유리하다. 게다가, 각각의 감지 소자에 대해, 피착 공간이 어떠한 추가적 수단 없이도 개구의 벽들에 의해 정의된다.

양호하게는, 다중 센서 칩은 공통 웨이퍼로부터 제조된다. 특히, 이전에 논의된 모든 단계들이 웨이퍼상에서 처리되는 한편 웨이퍼는 이들 단계들 후에 개별 센서 칩들 내에 다이싱되는 것이 상정될 수 있다. 그러므로, 다중 감지 소자를 위한 개구들이 그 후면 측으로부터 웨이퍼에 생성되고 및 양호하게는 동시에 생성되는 것이 양호하다. 감지 소자가, 웨이퍼를 다이싱하기 전에 동시적으로든 순차적으로든 웨이퍼의 각각의 개구에 형성되는 것이 양호하다.

대안적으로, 몇몇 단계들은 웨이퍼를 다이싱한 후에 일어날 수 있다. 예를 들어, 감지 소자들은 다이싱 후에, 즉 센서 칩들에 대해 개별적으로 형성될 수 있다.

본 발명의 유리한 실시예들은 후술되는 설명뿐만 아니라 종속항들에 열거되어 있다.

설명되는 모든 실시예들은 센서 칩, 이것의 용도, 및 센서 칩을 제조하는 방법에 유사하게 관련될 것이다. 실시예들의 상이한 조합들에 의한 상승 효과가 생길 수 있는데, 이들은 상세하게 설명되지 않을 수 있다. 또한, 방법에 관한 본 발명의 모든 실시예들이 설명된 단계들의 순서로 또는 명백히 다른 언급이 없으면 임의의 다른 순서로 실행될 수 있다는 점을 이해해야 한다. 본 발명의 개시 및 범위는 청구항에 나열된 순서와 상관없이 단계들의 임의의 순서를 포함할 것이다.

본 발명의 상기 정의된 실시예들 및 추가 실시예들, 특징들 및 이점들은 그림들이 예시되는 도면들과 연계하여 이하 설명될 실시예들의 예들로부터 또한 도출될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 센서 칩을 단면도로 예시한다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서 칩을 단면도로 예시한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서 칩을 단면도로 예시한다.
도 4는 세 개의 변형들의 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서 칩의 적층들의 단면을 각각의 단면도로 예시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 흐름도이다.

본 발명을 수행해 내기 위한 모드들

도 1 에 따르면, 센서 칩이 본 발명의 실시예에 따라 도시된다.

센서 칩은 전면 측(11) 및 후면 측(12)을 가진 기판(1)을 포함한다. 기판(1)은 그 후면 측(12)으로부터 그 전면 측(11)까지 기판(1)을 관통하는 개구(13)를 포함하고, 일 실시예에서 이 개구(13)는 센서 칩의 가운데에 배열된다. 일 실시예에서, 기판의 개구(13)는 100 μm 내지 500 μm 사이의 직경을 가질 수 있다.

유전층 및 도전층의 적층이 기판(1)의 전면 측(11)상에 배열되는데, 집합적으로 (2)로 지칭된다. 이 적층(2)의 유전층(들)은 SiO 또는 SiN을 포함할 수 있고, 금속 도전층(들)은 Al과 같은 금속, 또는 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 적층(2)은 개구(13)의 전 범위에 걸쳐 있고, 센서 칩의 열적으로 절연된 영역을 나타내는 멤브레인 유사 구조에 기여한다. 일반적으로 및 본 실시예와 독립적으로, 멤브레인 유사 구조가 개구(13)를 완전히 도포하고, 그에 따라 기판(1)의 전면 측(11)으로부터 개구(13)를 분리하는 것이 양호하다. 그러나, 상이한 실시예에서, 멤브레인 유사 구조는 개구를 완전히 도포하지 않고, 그 대신에 하나 이상의 천공들(perforations)을 포함할 수 있다.

적층(2)의 층들은 양호하게는 CMOS 층들이고, 무엇보다도 기판(1)에 통합된 전자 회로(10)를 접촉시키기 위해 이용될 수 있다. 도전층들 중 하나 또는 그 이상의 것들이 또한 센서 칩을 외부에게 접촉시키기 위한 접촉 패드(29)를 구축하기 위해 사용될 수 있다. 게다가, 도전층들 중 또 다른 하나 이상의 것들이 전극들(24)을 구축하기 위해 이용될 수 있다. 전극들은 양호하게는 개구(13)의 전 범위에 걸쳐 있는 적층의 일부분 내에 또는 그 상에 구축된다.

개구(13)의 전 범위에 걸쳐 있는 적층(2)의 일부분상에, 감지 소자(4)가 배열된다. 본 예에서, 감지 소자(4)는, 전극들(24)과 감지 소자(4) 사이의 어떠한 직접적 옴 접촉(ohmic contact)도 요구되지 않기 때문에 보호층(5)에 의해 적층(2)에서의 전극들(24)과 분리될 수 있다. 그에 따라, 개구(13)와 마주보는 일부분에서의 적층(2)의 측상에, 먼저 보호 코팅(5)과 이후 감지 소자(4)가 형성된다.

감지 소자(4)는 측정되기를 바라는 기준량에 민감한 물질을 포함하는 감지 층을 포함할 수 있다. 한 예에서, 감지 소자(4)는 습도에 민감하고 센서 칩은 습도 센서일 수 있다. 이 예에서, 도시된 전극들(24)은, 감지 소자(4)와 상호 작용할 수 있는, 상호 맞물린 전극(interdigitated electrode)들과 같은 더 큰 전극 형성부의 일부분을 구성할 수 있을 뿐이다. 양호하게는, 전극들(24)은 감지 소자(4)의 용량(capacity)을 측정하는데, 일 실시예에서의 감지 소자(4)는 폴리머이다.

전극들이 상호 맞물린 전극들일 수 있다는 것이 언급되었지만, 전극들의 단순한 쌍과 같은 상이한 전극 디자인들이 마찬가지로 이용될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 감지 소자(4)는 습도 이외의 하나 이상의 분석 대상(analyte)들에 민감한 감지 층을 포함할 수 있다. 여기서, 센서 칩은 물 이외의 적어도 하나의 가스 성분에 민감한 가스 센서일 수 있다. 이 예에서, 전극들(24)은 감지 소자(4)의 저항의 측정을 가능하게 하기 위한 옴 접촉, 즉 저항성 접촉에 의해 감지 소자(4)와 상호 작용할 수 있다. 이 경우에, 보호 층(5)은 적어도 전극들(24)의 영역에서 생략된다. 일 실시예에서의 감지 소자(4)는 MOX(metal oxide) 물질을 포함한다.

선택 사항으로, 또 다른 절연층(3)이 도 1에 도시된 바와 같이 적층(2)상에 배열될 수 있다. 절연층(3)은 센서 칩의 도전성 재분포층(31) 및 접촉 패드들(32)을 포함하는데, 이들은 절연층(3)으로부터 노출된다.

본 예에서 땜납 볼들인 도전성 소자들(33)이 접촉 패드들(32)에 부착된다. 그러나, 이들은 접촉 패드들(32)상에 배열되고 또한 기판(1)의 전면 측 위로 돌출하는 다른 유형들의 도전성 소자들일 수도 있다.

본 예에서, 센서 칩은 예를 들어 인쇄회로기판일 수 있는 도전체 기판(8)상에 배열된다. 도전체 기판(8)은 접촉 패드들(81)을 포함하고, 이것들은 센서 칩의 접촉 패드들(32)에게 땜납 볼들을 통해 접속된다. 도전체 기판상의 센서 칩의 배열은 집합적으로 센서 디바이스로서 지칭된다.

기판의 후면 측(12)에, 개구(13)의 전 범위에 걸쳐 있거나 그렇지 않을 수 있는 선택 사항인 광학적 불투명층(7)이 제공된다. 이 광학적 불투명층(7)은 특히 전자 회로(10)에게 광학적 보호를 제공하고, 예를 들어 금속으로 만들어질 수 있다. 광학적 불투명도는 또한 양호하게는 바라는 자외선 불투명도, 가시광선 불투명도 및/또는 적외선 불투명도를 포함할 수 있다.

게다가, 기판(1)의 후면 측상에 그리고 이 실시예에서는 광학적 보호층(6)의 위에 배열되는 광학적 멤브레인(6)이 있을 수 있는데, 그러나 이 멤브레인(6)은 이것이 감지 소자(4)를 위한 기계적 방호물로서 역할을 할 것임을 고려할 때 개구(13)의 전 범위에 걸쳐 있을 수 있다. 이 멤브레인은 양호하게는 측정될 매개체에 대해 투과성일 수 있다.

광학적 불투명층(7)이 개구(13)의 전 범위에 걸쳐 있게 된다면, 이것은 멤브레인(6)과 꼭 마찬가지로 투과성이어야 할 것이다. 실제로, 멤브레인(6)과 광학적 불투명층(7)은 유리하게는 동일 물질 층에 의해 형성된다.

도 2에 따라, 센서 칩이 다시금 단면도로 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 제시된다. 동일한 요소들은 도 1에서의 참조 번호와 동일한 참조 번호로 지칭된다.

이 실시예는 층들의 적층(2)상에 또는 그 내에 배열되는 전극들(24) 외에 가열 구조(25)가 그 상에 또는 그 가운데에 배열된다는 점에서 도 1의 실시예와 다르다. 가열 구조(25)는 저항성 가열 구조일 수 있고, 감지 소자(4)를 가열하는 역할을 한다.

도 1의 실시예와 비교한 두번째 차이점이 확대 단면으로 더 자세하게 도시된다. 여기서, 기판(1)에 생성되는 개구(13)가 기판(1)의 전체 깊이를 관통하여 적층까지 그리고 심지어 어느 정도는 적층(2) 내까지 도달한다는 것이 명백해진다. 이 수단에 의해, 개구(13)의 전 범위에 걸치는 적층(2)의 일부분이 추가로 얇아지는데, 즉 두께가 감소된다. 그에 따라, 감지 소자(4) 및, 적용 가능하다면 보호 코팅(5)이 도 1과 비교하여 하위 레벨에 배열된다.

도 3에 따라 센서 칩이 다시 단면도로 본 발명의 추가 실시예에 따라 제시된다. 이 실시예에서, 두 개의 감지 소자(4 및 41)가 제공되며, 여기서 예를 들어 폴리머 층일 수 있는 감지 소자(41)가 주로 습도에 민감하고 그 대응하는 전극들(241)이 용량성 측정을 수행하기 위해 상호 맞물린다는 점이 특별하게 가정된다. 이것과 달리, 감지 소자(4)는 물 이외의 적어도 하나의 가스 성질 분석 대상에 민감하고, 가열 구조(25)에 의해 제공될 열의 인가 하에서 분석 대상에 잘 반응하게 되는 금속 산화물을 특히 포함할 수 있다. 전극들(24)은 감지 소자(4)의 저항을 측정할 수 있다. 본 예에서, 각각의 감지 소자(4, 41)는 전용 개구(13, 131)를 통하여 형성된다. 개구들(13 및 131)은, 묘사된 것처럼, 서로의 옆에 놓여 있을 수 있고, 기판(1)의 벽에 의해 분리될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 개구들 중 하나는 링 구조의 형태로 다른 개구를 둘러쌀 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 센서 칩의 적층들(2)의 상이한 실시예들을 도해한다. 모든 변형들에 대해, 적층(2)이 (21) 내지 (23)으로 지칭되는 절연 물질로 된 3개 층을 적어도 포함한다는 것이 가정될 수 있다. 각각의 이들 층들 사이에, 본 적층(2)이 전개되도록 구조화되고 절연 물질로 보충되는 도전층이 제공된다. 도 4a에서, 절연층들(21 및 22) 사이의 및 절연층들(22 및 23) 사이의 도전층들은 완전히 제거되거나 또는 도해되지는 않았지만 여전히 존재할 수 있고, 또는 다른 목적들을 위해 구조화될 수 있다. 전극들(24)이 적층(2)상에 배열될 감지 소자와 이후에 상호 작용하기 위해 제공되는 곳은 제1 도전층에서뿐이다. 본 경우에서, 전극들은 상호 맞물린 전극들이다.

전극들이 그로부터 구축되는 제1 도전층은 CMOS 공정의 맥락 하에서 M1 층으로서 또한 지칭된다. 전극들(24)의 위에, 보호 코팅(5)이 피착되고, 이 보호 코팅상에 최종적으로 감지 물질이 감지 소자를 구축하기 위해 피착될 것이다. 도시된 것들 이외의 다른 절연층 및 도전층이 있을 수 있다. 예를 들어, 절연층(23) 아래에, 도전층들과 절연층들이 있을 수 있다.

도 4b에서, 다시금 전극들이 제1 도전층 M1에 형성된다. 이들 전극들(24)은 에칭하는 것과 이에 관하여 제1 도전층 M1에서의 전극들 주위에서 에칭을 종결시키기 위해 제2 도전층 M2에서의 에칭 정지 구조들(26)을 이용하는 것에 의해 형성된다. 에칭은 기판(1)에서 개구를 에칭하기 전에 선처리될 수 있거나, 또는 개구의 생성 후에 개구(13)를 통하여 처리될 수 있다. 결과적 구조물은 이후 보호 코팅(5)에 의해 선택 사항으로 코팅된다.

도 4c에서, 전극들(24 및 27)은, 에칭하는 것 및 그에 관하여 에칭을 종결시키기 위해 제3 도전층 M3에서 에칭 정지 구조들(28)을 이용하는 것에 의해, M1과 M2와 같은 두 개의 상이한 도전층에 형성된다. 결과적 구조물은 이후 보호 코팅(5)에 의해 선택 사항으로 코팅된다. 에칭은 기판(1)에서 개구를 에칭하기 전에 선처리될 수 있거나, 또는 개구의 생성 후에 개구(13)를 통하여 처리될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 방법의 흐름도를 도해한다.

본 발명의 실시예에서, S1 단계에서 자신의 전면 측상에 배열되는 층들의 적층을 가진 기판이 제공된다. 양호하게는, 적층은 CMOS 층들의 적층이다. 이 단계에서, 전자 회로는 이미 기판에 통합되었다는 것과 적층의 층들이 전자 회로가 바라는 방식으로 접촉되도록 하는 구조인 것이 가정된다. 게다가, 이후에 형성될 감지 소자와 상호 작용하기로 되어 있는 임의의 전극들 및/또는 가열 구조들은 양호하게는 CMOS 층들의 적층에 포함되는 도전층들 중 하나 이상의 도전층들에 의하여 적층에 이미 구조화되었다는 것이 가정된다.

중간 재분포층에 대한 필요에 따라 선택 사항이 되는 다음 단계 S2에서, 절연층 및 그 가운데의 금속 경로들이, CMOS 층들의 적층으로부터 노출되는 접촉 패드들을, 상이한 로케이션, 상이한 거리, 또는 상이한 크기의 접촉 패드들로 매핑하기 위해 기판의 전면 측에서 적층의 위에 제조될 수 있는데, 이 접촉 패드들은 접촉 소자들(땝납 볼들)을 통해 센서 칩을 전기적으로 접촉시키기 위해 외부로부터 접근가능하다.

S3 단계에서, 개구는 기판의 후면 측으로부터 에칭된다. 여기서, 기판은 양호하게는 그 후면 측으로부터 그 전면 측까지 관통해 에칭되어, 층들의 적층에서 정지되거나 또는 그 내로 약간 에칭된다.

전극들이 아직 형성되지 않은 경우에, 이 전극들은 개구와 마주보는 기판의 일부분의 측상에 개구를 통하여 지금 S4 단계에서 형성된다. 에칭 및 세정 단계들이 수반될 수 있다. 이 단계는 이미 형성된 전극들을 노출시키기 위해 및/또는 이들과 접촉하기 위해 적층으로부터 절연 물질을 에칭하는 것을 또한 포함할 수 있다.

이어지는 선택 사항인 S5 단계에서, 보호 코팅이 개구와 마주보는 적층의 측상으로 개구를 통하여 형성된다.

S6 단계에서, 감지 소자가 개구와 마주보는 적층의 측상으로 개구를 통하여 형성된다. 보호 코팅이 S4 단계에서 형성되는 경우에, 감지 소자는 보호 코팅상으로 피착된다.

선택 사항인 S7 단계에서, 광학적 불투명층 및 보호 멤브레인이, 유리하게는 양쪽 기능들을 이행하는 단일 물질층으로서, 또는 개별적으로 그곳에 형성된다. 이 층 또는 이들 층들은 예를 들어 기판에 접착될 수 있다. 보호 멤브레인은 기판에서 개구의 전 범위에 걸친다.

S8 단계에서, 땜납 볼들과 같은 도전 소자들(33)이 기판의 전면 측에서 접촉 패드들상에 피착된다. S2 단계에 따라 재분포층이 제공되는 경우에, 땝납 볼들은 그 가운데/그 상에 형성되는 접촉 패드들상에 피착될 수 있다. S2 단계가 생략된 경우에, 땝납 볼들은 하나 이상의 도전층들로부터 적층에 구축되는 접촉 패드들상으로 직접적으로 피착될 수 있다.

다중 센서 칩이 웨이퍼로부터 제조되는 경우에, 단계들 S1 내지 S8 중의 적어도 몇몇 또는 전부가 웨이퍼 규모로, 즉 웨이퍼를 개별 센서 칩들로 분리하기 전에 제공될 수 있다. 예를 들어, 다중 개구가 동시에 또는 순차적으로 웨이퍼 내로 에칭된다.

S9 단계에서, 웨이퍼는 예를 들어 다이싱에 의해 다중 개별 센서 칩으로 분리될 수 있다.

언급된 것처럼, S1 내지 S9 단계들은, 달리 언급되지 않는다면 도 5의 순서로 반드시 실행될 필요는 없다. 예를 들어, S7 단계와 S8 단계는 교환될 수 있고, 또는 S6 단계는 다이싱 후에(즉, 단계 S9 후에) 수행될 수 있다.

Claims

센서 칩으로서,
전면 측(11) 및 후면 측(12)을 가진 기판(1) - 상기 기판(1)은 반도체 기판이고, 전자 회로(10)가 상기 기판(1)의 상기 전면 측(11)에서 상기 기판(1) 내에 통합됨 -,
상기 기판(1)의 후면 측(12)으로부터 상기 기판(1)의 전면 측(11)까지 관통하여 도달하는 상기 기판(1) 내의 개구(13),
상기 기판(1)의 상기 전면 측(11) 상에 배열되는 유전층과 도전층의 적층(2) - 상기 적층(2)의 일부분은 상기 기판(1) 내의 상기 개구(13)의 전 범위에 걸쳐 있음(span) -,
상기 센서 칩을 전기적으로 접촉시키기 위해 상기 기판(1)의 상기 전면 측(11)에 배열되는 접촉 패드들(29, 32), 및
상기 적층(2)의 상기 일부분 상에 배열되고, 상기 개구(13)와 마주보는 상기 일부분의 한 측 상에서 상기 개구(13)의 전 범위에 걸쳐 있는 감지 소자(sensing element)(4) - 상기 감지 소자(4)는 적어도 하나의 측정량(measurand)을 감지할 수 있음(sensitive) -
를 포함하는 센서 칩.
제1항에 있어서, 상기 접촉 패드들(32)에 배열되고 또한 상기 기판(1)의 전면 위로 돌출하는 접촉 소자들(33)을 더 포함하는 센서 칩.
제1항에 있어서,
상기 감지 소자(4)와 상호 작용하기 위한 전극들(24) - 상기 전극들(24)은 상기 개구(13)의 전 범위에 걸쳐 있는 상기 적층(2)의 일부분 상에 또는 상기 적층(2)의 일부분 내에 배열됨 -
을 포함하고,
상기 적층(2)은 상기 개구(13)의 전 범위에 걸쳐 있는 상기 적층(2)의 일부분 내에서 상기 개구(13)와 마주보는 바닥부 유전층(bottom dielectric layer)(21)을 포함하고,
상기 전극들(24)은 상기 적층(2)의 상기 바닥부 유전층(21) 내에 또는 상기 바닥부 유전층(21) 상에 배열되는
센서 칩.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감지 소자(4)를 가열하기 위한 가열 구조체(25) - 상기 가열 구조체(25)는 상기 개구(13)의 전 범위에 걸쳐 있는 상기 적층(2)의 일부분 상에 또는 상기 적층(2)의 일부분 내에 배열됨 -
를 포함하는 센서 칩.
제4항에 있어서, 상기 적층(2)은 상기 개구(13)의 전 범위에 걸쳐있는 상기 적층(2)의 일부분 내에 상기 개구(13)와 마주보는 바닥부 유전층(21)을 포함하고, 상기 가열 구조체(25)는 상기 적층(2)의 상기 바닥부 유전층(21) 내에 또는 상기 바닥부 유전층(21) 상에 배열되는 센서 칩.
제1항에 있어서,
상기 적층의 도전층으로부터 가공 처리되는 상기 접촉 패드들 - 상기 도전층은 접촉을 허용하기 위해 부분적으로 노출됨 -, 또는
도전성 구조체들을 포함하는 절연층을 포함하는 재분포층(redistribution layer)에 의해 도포(cover)되는 상기 적층 - 상기 재분포층은 상기 적층의 상기 접촉 패드들에게 접속되고 또한 외부로부터 접근 가능한 자신의 접촉 패드들을 제공함 -
을 포함하는 센서 칩.
제6항에 있어서,
CMOS 제조 공정들을 적용하기 위해 정의되는 CMOS 층들의 적층인 상기 유전층과 도전층의 적층
을 포함하는 센서 칩.
제1항에 있어서,
상기 기판(1)의 상기 후면 측(12)에 배열되고 또한 상기 개구(13)의 전 범위에 걸쳐 있는 멤브레인(6) - 상기 멤브레인(6)은 측정될 매개체에 대해 투과성임 -
을 포함하는 센서 칩.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 측정량은 습도를 포함하거나, 또는
상기 적어도 하나의 측정량은 습도 이외의 성분(substance)을 포함하는
센서 칩.
제1항에 있어서,
상기 기판(1)의 후면 측(12)으로부터 상기 기판(1)의 전면 측(11)까지 관통해 도달하는 상기 기판(1) 내의 또 다른 개구(131),
상기 기판(1) 내의 또 다른 개구(131)의 전 범위에 걸쳐 있는 상기 적층(2)의 또 다른 일부분, 및
상기 적층(2)의 또 다른 일부분 상에 배열되고, 상기 또 다른 개구(131)와 마주보는 상기 또 다른 일부분의 한 측 상에서 상기 또 다른 개구(131)의 전 범위에 걸쳐 있는 또 다른 감지 소자(41)
를 포함하는 센서 칩.
센서 모듈로서,
접촉 패드들(81)을 포함하는 회로 기판(8), 및
상기 회로 기판(8)상에 배열되고, 상기 회로 기판(8)과 마주보는 상기 적층(2)과 상기 회로 기판(8)으로부터 떨어져 마주보는 상기 감지 소자(4)를 가진 제1항에 따른 센서 칩
을 포함하고,
상기 센서 칩의 상기 접촉 패드들(32)은 상기 회로 기판(8)의 상기 접촉 패드들(81)에 전기적으로 접속되는
센서 모듈.
센서 칩을 제조하기 위한 방법으로서,
전면 측(11)과 후면 측(12)을 가진 기판(1) - 상기 기판(1)은 반도체 기판임 -, 상기 기판(1)의 상기 전면 측(11) 상에 배열되는 유전층과 도전층의 적층(2), 및 상기 기판(1)의 상기 전면 측(11)에서 상기 센서 칩 내에 통합된 전자 회로(10)를 제공하는 단계,
상기 적층(2)의 일부분을 노출시키기 위해 상기 기판(1)의 후면 측(12)으로부터 상기 기판(1) 내에 개구(13)를 생성하는 단계, 및
상기 개구(13)를 통하여 상기 적층(2)의 상기 노출된 일부분 상에 감지 소자(4)를 형성하는 단계 - 상기 감지 소자(4)는 적어도 하나의 측정량을 감지할 수 있음 -
를 포함하는 센서 칩 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 감지 소자(4)는 상기 기판(1)의 후면 측(12)으로부터 상기 기판(1)의 상기 개구(13)를 통하여 감지 물질을 무접촉으로 디스펜싱함으로써 형성되는(applied)
센서 칩 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 기판(1) 내의 상기 개구(13)는 상기 기판(1)의 후면 측(12)으로부터 상기 기판(1)을 에칭함으로써 생성되는
센서 칩 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 개구(13)를 통하여 상기 감지 소자(4)를 형성하기 전에, 상기 감지 소자(4)와 상호 작용하기 위한 전극들(24)이 상기 적층(2)의 상기 노출된 일부분 상에 또는 상기 노출된 일부분 내에 상기 개구(13)를 통하여 제조되는
센서 칩 제조 방법.
제15항에 있어서,
상기 감지 소자(4)를 형성하기 전에 그리고 상기 전극들(24)을 제조한 후에, 보호 코팅(5)이 상기 전극들(24)의 위에 형성되고,
상기 감지 소자(4)는 상기 보호 코팅(5) 상에 형성되는
센서 칩 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 개구(13)를 통하여 상기 감지 소자(4)를 형성하기 전에, 상기 감지 소자(4)를 가열하기 위한 가열 구조체(25)가 상기 적층(2)의 상기 노출된 일부분 상에 또는 상기 노출된 일부분 내에 상기 개구(13)를 통하여 제조되는
센서 칩 제조 방법.
제17항에 있어서,
상기 감지 소자(4)를 형성하기 전에 그리고 상기 가열 구조체(25)를 제조한 후에, 보호 코팅(5)이 상기 가열 구조체(25)의 위에 형성되고,
상기 감지 소자(4)는 상기 보호 코팅(5) 상에 형성되는
센서 칩 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 기판(1)은 다중 센서 칩을 구축하기 위한 웨이퍼 형태로 제공되고,
다중 감지 소자(4)를 위한 개구들(13)이 상기 웨이퍼의 후면 측(12)으로부터 상기 웨이퍼 내에 생성되고,
감지 소자(4)가 상기 웨이퍼의 각각의 개구(13) 내에 형성되고,
상기 웨이퍼는 상기 감지 소자들(4)을 형성한 후에 상기 다중 센서 칩이 되도록 다이싱되는
센서 칩 제조 방법.
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