KR20150058214A - 전자기 복사를 검출하기 위한 적어도 2개의 웨이퍼를 구비한 장치 및 상기 장치의 제조 방법 - Google Patents

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KR20150058214A
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wafer
assembly
electromagnetic radiation
sensor array
wafers
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KR1020157006747A
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잉오 헤르만
칼-프란츠 라인하르트
턀프 피르크
?프 피르크
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 전자기 복사(FIR)를 검출하기 위한 적어도 2개의 웨이퍼(120, 110; 120, 130)의 어셈블리에 관한 것이고, 제 1 웨이퍼(120)는 센서 어레이로서 형성되며 전자기 복사(FIR)를 검출하여 상응하는 센서 신호를 제공하도록 설계된 마이크로 시스템(115)을 포함하고, 제 2 웨이퍼(110; 130)는 상기 센서 어레이와 연결된 평가 회로로서 형성되며 제공된 센서 신호를 기초로 전자기 복사(FIR)를 검출하도록 설계된 집적 회로(105)를 포함한다.

Description

전자기 복사를 검출하기 위한 적어도 2개의 웨이퍼를 구비한 장치 및 상기 장치의 제조 방법{DEVICE HAVING AT LEAST TWO WAFERS FOR DETECTING ELECTROMAGNETIC RADIATION AND METHOD FOR PRODUCING SAID DEVICE}
본 발명은 전자기 복사를 검출하기 위한 적어도 2개의 웨이퍼의 어셈블리 및 상기 어셈블리의 제조 방법에 관한 것이다.
DE 10 2008 043 735 A1은 적어도 2개의 웨이퍼 사이의 본딩 결합을 형성하는 방법을 개시한다. 거기에 개시된 방법은 제 1 웨이퍼 상에 제 1 본딩 재료의 제공을 포함하고, 상기 제 1 본딩 재료로는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이 선택된다.
또한, 방법은 제 2 웨이퍼 상에 제 2 본딩 재료의 제공을 포함하며, 상기 제 2 본딩 재료로는 금이 선택된다. 후속해서, 거기에 설명된 방법에서는 본딩 프로세스가 실시되고, 상기 제 1 및 제 2 본딩 재료가 서로 결합됨으로써, 제 1 웨이퍼와 제 2 웨이퍼 사이에 웨이퍼 대 웨이퍼 본딩 결합이 형성된다.
또한, EP 1071126 B1에는 2개의 웨이퍼의 본딩이 개시되고, 2개의 웨이퍼의 본딩 패드에 대해 상이한 본딩 재료들이 적합한 것으로서 개시되며, 금으로 이루어진 본딩 패드들이 사용된다. 또한, 거기서는 본딩 재료들로서 실리콘, 인듐, 알루미늄, 구리, 은, 이들 원소들의 합금이 개시된다.
도 4는 예를 들면 2개의 웨이퍼(10, 20)의 어셈블리(1)를 도시한다. 제 1 웨이퍼(10)는 어셈블리의 캡 웨이퍼로서 사용된다. 제 2 웨이퍼는 MEMS 영역(15) 및 ASIC 영역(5)을 포함한다. 제 2 웨이퍼의 콘택팅을 위해, 금속 본딩 패드들(21, 22, 23)이 제공된다. MEMS 영역(15)은 스트레인 게이지(16)를 포함하는 독립된 텅 구조(18)를 가진 MEMS 구조를 포함한다.
본 발명의 과제는 전체 웨이퍼의 불량률을 줄이기 위해 하나의 웨이퍼 상에서 ASIC 구조 및 MEMS 구조의 수직 조합을 방지하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1 항의 특징들을 포함하는 전자기 복사, 특히 원적외선 방사를 검출하기 위한 적어도 2개의 웨이퍼의 어셈블리에 의해 그리고 청구항 제 14 항에 따른 어셈블리의 제조 방법에 의해 해결된다.
본 발명의 사상은 평가 회로의 측방 집적 및 하나의 웨이퍼 상에서 ASIC 구조 및 MEMS 구조의 수직 결합을 방지하는 것인데, 그 이유는 매우 많은 마스크 평면 통한 2개의 구조의 공통 프로세싱이 전체 웨이퍼의 불량률을 높이기 때문이다.
본 발명의 핵심은 ASIC 구조 및 MEMS 구조의 분리이고, ASIC 구조 및 MEMS 구조는 각각 2개의 웨이퍼 중 하나에 집적되며, 2개의 웨이퍼는 최후 단계에서, 2개의 웨이퍼 상에 형성된 금속 웨이퍼 콘택을 통해 접속된다.
이는 바람직하게 각각의 개별 웨이퍼에서 ASIC 구조 및 MEMS 구조에 대해 최적화된 특정 프로세스를 사용할 수 있게 한다. 또한, 본 발명은 각각의 최적화된 웨이퍼 구조 상에서 최소화된 면 소비에 의해 비용상 장점을 제공한다. 또한, 본 발명은 MEMS 구조의 센서 픽셀과 ASIC 구조의 평가 회로 사이에 필요한 작은 간격의 유지를 가능하게 한다.
바람직한 실시예들 및 개선예들은 종속 청구항들에 그리고 도면을 참고로 하는 설명에 제시된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 평가 회로는 회로 어레이로서 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 센서 어레이는 적어도 하나의 다이오드 소자의 어레이로서 형성된다. 이는 센서 어레이의 간단한 제조를 허용한다. 또한, 이는 센서 어레이의 확실한 작동을 허용하고, 바람직하게는 다이오드 소자에서 전압이 변동되면, 복사에 의해 야기된 센서 어레이의 온도 변동이 추정되는 것이 이용된다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 회로 어레이 및 센서 어레이는 유사한 형태로 형성된다. 이로 인해, 센서 어레이의 다이오드 소자와 평가 회로 사이의 거리가 최소화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 적어도 하나의 다이오드 소자가 평가 회로의 적어도 하나의 평가 유닛과 연결된다. 이로 인해, 외부로부터 어셈블리에 작용하는 간섭 영향이 줄어들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 적어도 하나의 다이오드 소자가 직렬 접속된 다수의 다이오드로 형성된다. 이로 인해, 다이오드 소자에서 전압 강하의 변동의, 복사 유도된 효과가 바람직하게 커질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 집적 회로는 주문형 집적 회로로서 형성된다. 이는 센서 어레이의 효율적인 실시를 허용한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 어셈블리는 또한 센서 어레이용 캡 웨이퍼로서 형성된 제 3 웨이퍼를 포함한다. 이로 인해, 센서 어레이에 의해 요구되는 저압이 작동 중에 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 센서 어레이는 전자기 복사, 특히 원적외선 방사의 검출을 위한 마이크로볼로미터 어레이로서 형성된다. 이로 인해, 바람직하게는 센서 어레이에서 흡수되며 센서 어레이 내에서 온도 변동을 일으키는 전자기 복사로 인한 전기 저항의 변동이 검출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 집적 회로는 열 차폐부를 포함한다. 이로 인해, 어셈블리의 집적 회로가 전자기 복사, 특히 원적외선 방사에 의해 야기된 과열로부터 보호될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 마이크로 시스템은 게터 장치를 포함한다. 이로 인해, 바람직하게는 센서 어레이에 의해 요구되는 저압이 어셈블리의 작동 동안 계속해서 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 제 1 웨이퍼는 관통 접속부를 포함한다. 이는 제 1 웨이퍼의 간단하고 확실한 콘택팅을 허용한다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 제 2 웨이퍼는 관통 접속부를 포함한다. 이는 제 2 웨이퍼의 간단하고 확실한 콘택팅을 허용한다.
설명된 실시예들 및 개선예들은 임의로 서로 조합될 수 있다.
본 발명의 다른 가능한 실시예들 및 개선예들은 실시예와 관련해서 전술한 또는 후술될 본 발명의 특징들의 명확히 언급되지 않은 조합들도 포함한다.
첨부한 도면들은 본 발명의 실시예들의 더 나은 이해를 돕기 위한 것이다. 도면들은 실시예들을 나타내며, 상세한 설명과 관련해서 본 발명의 원리 및 개념을 설명하기 위해 사용된다.
다른 실시예들 및 상기 장점들 중 다수는 도면과 관련해서 나타난다. 도면에 도시된 부재들은 서로 간에 반드시 척도에 맞게 도시되지는 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 복사, 특히 원적외선 방사를 검출하기 위한 2개의 웨이퍼의 어셈블리를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기 복사, 특히 원적외선 방사를 검출하기 위한 3개의 웨이퍼의 어셈블리를 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기 복사, 특히 원적외선 방사를 검출하기 위한 적어도 2개의 웨이퍼의 어셈블리의 제조 방법을 나타낸 개략적인 흐름도.
도 4는 2개의 웨이퍼의 어셈블리의 예시를 나타낸 개략도.
도면들에서, 동일한 도면 부호는 다른 지시가 없는 한, 동일한 또는 기능상 동일한 부재들, 부품들, 컴포넌트들 또는 방법 단계들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자기 복사, 특히 원적외선 방사의 검출을 위한 2개의 웨이퍼의 어셈블리를 개략도로 도시한다.
웨이퍼는 이 경우 원형 또는 사각형의, 예를 들면 1 밀리미터의 두께를 가진 플레이트를 말한다. 웨이퍼들은 단결정 또는 다결정 반도체 재료를 포함할 수 있고, 일반적으로 전자 시스템용 기판으로서 사용될 수 있다. 반도체 재료로는 실리콘, 게르마늄, 갈륨 비소, 탄화실리콘 또는 인화인듐이 사용될 수 있다.
어셈블리(100)는 전자기 복사, 특히 원적외선 방사를 검출하기 위한 2개의 웨이퍼(120, 110)를 포함한다.
제 1 웨이퍼(120)는 센서 어레이로서 형성되며 전자기 복사, 특히 원적외선 방사를 검출하여 상응하는 센서 신호를 제공하도록 설계된 마이크로 시스템(115)을 포함한다.
제 2 웨이퍼(110)는 상기 센서 어레이와 연결된 평가 회로로서 형성되며 제공된 센서 신호를 기초로, 즉 제공된 센서 신호를 평가함으로써 전자기 복사, 특히 원적외선 방사를 검출하도록 설계된 집적 회로(105)를 포함한다.
예를 들면, 평가 회로는 전자기 복사, 특히 원적외선 방사를 검출한 센서 소자(115a)를 결정하도록 형성될 수 있다. 센서 어레이는 각각 하나 또는 다수의 다이오드 소자들(116)을 구비한 센서 소자들(115a)의 어레이로서 형성될 수 있다. 평가 회로는 또한 평가 유닛들의 어레이로서 형성된 회로 어레이로서 형성될 수 있다. 센서 어레이의 하나 또는 다수의 다이오드 소자들(116)은 평가 회로의 각각 하나의 평가 유닛에 연결된다.
이 경우, 평가 회로의 평가 유닛은 송신기로서 형성된 다이오드 소자(116)의 전기 센서 신호를 표준화된 전기 신호로 변환하는 측정 변환기로서 형성될 수 있다.
다이오드 소자(116)는 직렬 접속된 다수의 다이오드로 형성될 수 있거나 또는 다이오드들과 다른 전기 소자들, 예를 들면 저항들의 직렬 접속으로 형성될 수 있다. 이 경우, 다이오드로서, p-n-도핑된 반도체 결정, 실리콘, 게르마늄, 게르마늄 다이오드, 갈륨비소, 또는 금속-반도체 접합을 포함하는 반도체 다이오드가 사용될 수 있다.
본딩 재료(180)는 또한 제 1 웨이퍼(120) 상에 그리고 제 2 웨이퍼(110; 130) 상에 증착될 수 있고, 본딩 재료로서 금 또는 인듐 또는 알루미늄 또는 웨이퍼 본딩에 적합한 그 밖의 금속이 사용된다.
제 1 웨이퍼(120)의 콘택팅을 위해 본딩 패드들(121, 122, 123)이 제공되고, 상기 본딩 패드들은 금 또는 인듐 또는 알루미늄 또는 콘택 본딩에 적합한 그 밖의 금속으로 제조된다.
제 1 웨이퍼(120)와 제 2 웨이퍼(110)의 콘택팅을 위해, 제 2 웨이퍼(110) 상에 콘택팅들(125)이 제공되고, 상기 콘택팅들은 집적 회로(105)를 도시되지 않은 콘택 패드에 연결하고, 상기 콘택 패드는 제 1 웨이퍼(120)를 향한 제 2 웨이퍼(110)의 면 상에 형성된다.
전극으로서, 전기 콘택팅을 위해 금속 웨브들이 그리고 다이오드 소자(116)의 고정을 위해 산화물 또는 다른 비전도성 재료(127)로 이루어진 웨브들이 제공된다. 다이오드 소자들(116)은 그 외의 고정 재료 영역 내에 또는 상에 제공된다. 제 1 웨이퍼(120)는 예를 들면 관통 접속부(124)를 포함한다.
또한, 센서 소자(115a)는 센서 소자들(115a)용 기판으로서 사용되는 제 1 웨이퍼(120)에 대한 열 센서의 열 절연을 위한 캐비티(126)를 포함한다.
이 경우, 각각의 센서 소자(115a) 하부에 개별 캐비티(126)가 사용될 수 있거나, 또는 다수의 센서 소자들(115a)을 포함하여 픽셀 크러스터를 형성하는 캐비티들(126)이 형성될 수 있다.
마찬가지로 전체 센서 어레이 하부에 큰 캐비티가 형성될 수 있다.
캐비터(126) 당 다수의 센서 소자들(115a)이 주어질 때, 특히 센서 소자(115a)의 안정성 및 성능을 위해, 흡수된 열을 가급적 양호하게 기판의 용기 내로 방출하기 위한 지지점들이 제공되는 것이 바람직하다.
상기 지지점들은 예를 들면 벽들 또는 컬럼들로서 형성될 수 있다. 캐비티의 제조는 예를 들면 희생층의 에칭에 의해 이루어질 수 있고, 경우에 따라 지지점에 의한 개별 캐비티의 의도적인 고정에 의해, 그리고 기판의 양극 에칭에 의해 지원되며, 이 경우 기판 내에 예를 들면 다공성 실리콘이 형성된다. 또한, 유사한 효과를 가진 실리콘-딥 에칭 방법이 실시될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자기 복사를 검출하기 위한 3개의 와이퍼의 어셈블리를 개략도로 도시한다.
도 1에 도시된 실시예와는 달리, 도 2에 도시된 실시예에서 어셈블리(100)는 또한 센서 어레이용 캡 웨이퍼로서 형성된 제 3 웨이퍼(140)를 포함한다.
또한, 도 2에 도시된 실시예에서, 집적 회로(105)는 열 차폐부(108)를 포함하고, 마이크로 시스템(115)은 게터 장치(118)를 포함한다. 열 차폐부(108)는 예를 들면 전자기 복사 또는 원적외선 방사를 반사시키는 층으로서 형성된다.
게터 장치(118)는 예를 들면 게터로서 즉, 저압을 가급적 오래 유지하기 위해 사용되는 화학 반응성 재료로서 형성된다. 게터 장치(118)의 표면에서 가스 분자들이 게터 재료의 원자들과 직접 화학적으로 결합하거나, 또는 가스 분자들이 수착에 의해 고정된다. 이로 인해, 가스 분자들은 포획되고 캐비티의 내압은 떨어진다.
도 2에 도시된 다른 도면 부호들은 이미 도 1의 해당 설명 부분에서 설명되었기 때문에 더 이상 설명되지 않는다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 전자기 복사, 특히 원적외선 방사를 검출하기 위한 적어도 2개의 웨이퍼의 어셈블리의 제조 방법을 개략적인 흐름도로 도시한다.
제 1 방법 단계는 마이크로 시스템(115)을 구비한 제 1 웨이퍼(120) 및 집적 회로(105)를 구비한 제 2 웨이퍼(110; 130)의 준비 단계(S1)이다.
제 2 방법 단계는 제 1 웨이퍼(120) 및 제 2 웨이퍼(110; 130) 상에 본딩 재료(180)의 제공 단계(S2)이다.
제 3 방법 단계는 어셈블리의 형성을 위해, 본딩 재료(180)를 포함하는 제 1 웨이퍼(120), 및 본딩 재료(180)를 포함하는 제 2 웨이퍼(110, 130)의 본딩 단계(S3)이다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참고로 전술되었지만, 이것에 국한되지 않으며, 다양한 방식으로 변형 가능하다. 특히, 본 발명은 본 발명의 핵심을 벗어나지 않으면서 다양한 방식으로 변형 가능하다.
100 어셈블리
105 집적 회로
108 열 차폐부
110, 130 제 2 웨이퍼
115 마이크로 시스템
116 다이오드 소자
118 게터 장치
120 제 1 웨이퍼
124 관통 접속부
140 제 3 웨이퍼

Claims (14)

  1. 전자기 복사, 특히 원적외선 방사를 검출하기 위한 적어도 2개의 웨이퍼(120, 110; 120, 130)의 어셈블리로서,
    - 제 1 웨이퍼(120)는 센서 어레이로서 형성되며 전자기 복사, 특히 원적외선 방사를 검출하여 상응하는 센서 신호를 제공하도록 설계된 마이크로 시스템(115)을 포함하고,
    - 제 2 웨이퍼(110; 130)는 상기 센서 어레이와 연결된 평가 회로로서 형성되며 제공된 센서 신호를 기초로 전자기 복사, 특히 원적외선 방사를 검출하도록 설계된 집적 회로(105)를 포함하는, 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 평가 회로는 회로 어레이로서 형성되는, 어셈블리(100).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 센서 어레이는 적어도 하나의 다이오드 소자(116)의 어레이로서 형성되는, 어셈블리(100).
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 회로 어레이 및 상기 센서 어레이는 유사한 형태로 형성되는, 어셈블리(100).
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다이오드 소자(116)는 상기 평가 회로의 적어도 하나의 평가 유닛과 연결되는, 어셈블리(100).
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 다이오드 소자(116)는 직렬 접속된 다수의 다이오드로 형성되는, 어셈블리(100).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집적 회로(105)는 주문형 집적 회로로서 형성되는, 어셈블리(100).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 어셈블리(100)는 또한 상기 센서 어레이용 캡 웨이퍼로서 형성되는 제 3 웨이퍼(140)를 포함하는, 어셈블리(100).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 어레이는 전자기 복사, 특히 원적외선 방사를 검출하기 위한 마이크로볼로미터 어레이로서 형성되는, 어셈블리(100).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 집적 회로(105)는 열 차폐부(108)를 포함하는, 어셈블리(100).
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마이크로 시스템(115)은 게터 장치(118)를 포함하는, 어셈블리(100).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 웨이퍼(120)는 관통 접속부(124)를 포함하는, 어셈블리(100).
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 2 웨이퍼(110, 130)는 관통 접속부를 포함하는, 어셈블리(100).
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 2개의 웨이퍼의 어셈블리의 제조 방법으로서,
    - 마이크로 시스템(115)을 구비한 제 1 웨이퍼(120), 및 집적 회로(105)를 구비한 제 2 웨이퍼(110; 130)의 준비 단계(S1),
    - 상기 제 1 웨이퍼(12) 상에 그리고 상기 제 2 웨이퍼(110; 130) 상에 본딩 재료(180)의 제공 단계(S2), 및
    - 상기 어셈블리의 제조를 위해 본딩 재료(180)를 포함하는 상기 제 1 웨이퍼(120) 및 본딩 재료(180)를 포함하는 상기 제 2 웨이퍼(110; 130)의 본딩 단계(S3)를 포함하는, 제조 방법.
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