○ 공정 목적

웨이퍼 전면 맴브레인형 박막형 센서 구조와 그 센서의 출력을 티에스브이(TSV)를 통하여 웨이퍼 후면으로 보내고, 후면에서 센서 구동용 칩(ROIC)나 외부의 피씹(PCB)와 솔더볼(Solder Ball)로 연결되는 셈서 및 후면 배선 연결 공정이 동시에 구현될 수 있는 표준 공정 플랫폼을 제공함

○ 공정 용도

센서 표면에 유동 왜곡을 유발하는 와이어 본딩, 솔더 본딩 등의 돌출이 허용되지 않는 센서 구조체 제작(예를 들면 기체, 액체용 열식 유량 센서, 유체용 히터 등)센서 후면에 ROIC 등을 적층 형태로 부착하여 전체 칩 크기를 최소로 하기 위한 구조체 제작 등

○ 공정 구조

웨이퍼 전면에 센서용 신호선(주로 Poly-Si)이 생성되는 0~2μm 정도 두께의 저응력 나이트라이드 박막(Low Stress Nitride)과 그 위에 다양한 검출이 가능한 센서선, 그 센서선 검출 신호를 웨이퍼 후면으로 연결하는 직경 0~100μm의 원형 티에스브이(TSV), 그리고 웨이퍼 후면에 솔더 볼(Solder Ball) 연결할 수 있는 연결 단자(Contact Pad)를 생성하고, 최종적으로 후면 센서구동칩(ROIC) 혹은 외부 연결 피씨비(PCB)와 솔더볼로 연결될 수 있는 구조

- 그림 3에는 이러한 구조 제작을 위한 전체 구조도를 나타네었는데, 먼저 사용될 웨이퍼는 적당한 두께로 CMP를 하고 절연과 박막 생성을 위한 LSN과 다양한 센서선으로 사용될 Poly-Si를 코팅함.

- 이러한 웨이퍼에 대하여 DRI로 관통 구멍을 생성하고, 그 구멍에 적절한 코팅과 도금을 통하여 Cu 티에스브이를 생성함. 이때 티에스브이 절연을 위하여 티에스브이 전에 Thermal Oxide를 생성함 또한 추가로 Cu 티에스브이 생성 후 표면 평탄화 CMP 시에 표면 LSN 및 Poly-Si를 보호하기 위한 충분한 두께의 Pe-Oxide를 추가 코팅함.

- 이러한 티에스브이 생성용 코팅 및 도금 공정 후에 웨이퍼 표면에 과도하게 돌출된 구리 도금 부분을 CMP로 평탄화 작업을 실시함.

- 이후 전면 노출된 Pe-Oxide와 Poly-Si를 차례로 패턴 생성하여 센서 선을 구현하고, 센서와 티에스브이 연결용 Al Contact Pad도 생성함.

- 센서 전면에 박막 부양을 위한 박막 하부 공동(Cavity) 생성을 위하여 센서선 주변 LSN을 제거하고 XeF2를 이용하여 박막 하부 실리콘을 제거함.

- 웨이퍼 후면 티에스브이 위에 솔더볼 연결을 위한 Au/Ni 솔더패드를 코팅 및 도금 공정을 통하여 생성함.

- 웨이퍼 다이싱을 하고, 각 분리된 다이를 ROIC에 솔더볼을 이용하여 연결함.

- 최종적으로 ROIC와 외부 연결 피씨비는 와이어본딩 등으로 연결함.

이러한 공정을 통하여 센서가 생성된 웨이퍼 전면 와이어 본딩 같은 돌출 연결선 없이 후면 배선 연결을 통하여 센서를 주변 구동회로와 연결할 수 있음.

○ 공정 특성

- 센서칩 제작 Wafer : 6“, DSP, 두께 300~400μm, 사전 LSN, in-situ doped Poly-Si 코팅 필요

- LSN 두께 : 0~2μm 가능

- Poly-Si : 두께 ~0.7μm, 저항 10~20Ω

- ROIC 제작용 웨이퍼 : 6“, 8” 가능, 당 연구소 외부 별도 파운더리(TSMC, UMC등)에서 제작

- 티에스브이 소재 : Cu

- 티에스브이 제작 가능 형상 : 직경 D < 50μm, Wafer 두께 t > 500μm

- 티에스브이 연결 저항 : 저항 100 mΩ 이하 (두께 150μm, 직경 100μm 사용 시)

○ 기타

- 상기 ROIC의 경우 본 나노융합기술원이 아닌 별도 외부 파운더리에서 제작 함.

- 상기 Solder Ball Connection은 나노융합기술원이 아닌 별도 외부 파운더리에서 제작 함.