DE10247819B4 - Method for producing an image sensor arrangement - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen einer Bild-Sensor-Anordnung, bei dem • eine Mehrzahl von Sensor-Chips auf und/oder in einem Substrat ausgebildet wird, von denen jeder eine Mehrzahl von Sensorfeldern aufweist; • um jeden der Sensor-Chips herum unter Verwendung eines Lithographie-Verfahrens und unter Verwendung eines Ätz-Verfahrens ein Graben einer Tiefe ausgebildet wird, die größer ist als die Tiefe der Sensorfelder in dem Substrat, wobei um jeden Sensor-Chip herum ein separater Ätzgraben ausgebildet wird und in Bereichen zwischen unterschiedlichen Ätzgraben ein Ätzen vermieden wird; • ein jeweiliger Sensor-Chip vereinzelt wird, indem von der Rückseite des Substrats Material einer Tiefe abgetragen wird, die mindestens gleich der Differenz zwischen der Dicke des Substrats und der Tiefe des Grabens ist; • die Sensor-Chips zum Bilden der Sensor-Anordnung formschlüssig zusammengesetzt werden.Method for producing an image sensor arrangement, in which • a plurality of sensor chips are formed on and / or in a substrate, each of which has a plurality of sensor fields; A trench having a depth that is greater than the depth of the sensor fields in the substrate is formed around each of the sensor chips using a lithography method and using an etching method, a separate etched trench around each sensor chip is formed and etching is avoided in areas between different etching trenches; • a respective sensor chip is separated by removing material from the rear side of the substrate to a depth which is at least equal to the difference between the thickness of the substrate and the depth of the trench; • the sensor chips for forming the sensor arrangement are assembled in a form-fitting manner.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Bild-Sensor-Anordnung.The invention relates to a method for producing an image sensor arrangement.
Die Technologie der Digitalkamera wird zunehmend bedeutsamer.The technology of the digital camera is becoming increasingly important.
Allerdings ist es schwierig, eine Bildsensor-Anordnung für eine Digitalkamera mit einer Dimension wie im Falle einer Kleinbildkamera (z. B. 24 mm × 36 mm) oder wie im Falle einer noch größeren Kamera zu realisieren. Bei einer Digitalkamera mit einer Sensorfläche von 24 mm × 36 mm böte sich der Vorteil, eine Standard-Kleinbildkamera und deren optisches Linsensystem auch für die Digitalkamera nutzen zu können. In einem solchen Szenario müsste bei einem Systemwechsel von einer analogen Kamera auf eine digitale Kamera im Wesentlichen nur die Rückwand der Kamera dahingehend modifiziert werden, dass ein herkömmlicher Film durch eine Bildsensor-Anordnung einer geeigneten Dimension ersetzt wird.However, it is difficult to realize an image sensor arrangement for a digital camera with a dimension as in the case of a 35 mm camera (for example, 24 mm × 36 mm) or as in the case of an even larger camera. With a digital camera with a sensor surface of 24 mm × 36 mm, the advantage would be that a standard 35 mm camera and its optical lens system can also be used for the digital camera. In such a scenario, in a system change from an analog camera to a digital camera, essentially only the rear wall of the camera would have to be modified to replace a conventional film with an image sensor array of a suitable dimension.
Ein Problem bei dem halbleitertechnologischen Herstellen einer in einem Halbleitersubstrat integrierten Bildsensor-Anordnung ist darin zu sehen, dass bei der Verwendung eines Fotosteppers, wie er bei vielen Lithographie-Verfahren verwendet wird, das maximale Bildfeld begrenzt ist (beispielsweise auf 19.6 mm × 26.0 mm mit einer maximalen Diagonale von 31.1 mm). Somit ist lediglich ein Bildfeld einer eingeschränkten Dimension realisierbar. Daher ist ein Ausbilden einer Bildsensor-Anordnung mit einer Größe von 24 mm × 36 mm mit nur einem Belichtungsvorgang während der Lithographie nicht möglich.One problem with semiconductor fabricated manufacturing of an image sensor array integrated in a semiconductor substrate is that when using a photo stepper as used in many lithographic processes, the maximum field of view is limited (e.g., 19.6 mm x 26.0 mm) a maximum diagonal of 31.1 mm). Thus, only one image field of a limited dimension can be realized. Therefore, forming an image sensor array having a size of 24 mm × 36 mm with only one exposure operation during lithography is not possible.
Ferner ist ein Bildsensor mit einem Bildfeld von 24 mm × 36 mm so groß, dass aufgrund einer unvermeidlichen Defektdichte während der Halbleiter-Prozessierung eine erreichbare Ausbeute von funktionsfähigen Bildsensor-Anordnungen gering ist und somit hohe Kosten anfallen. Mit anderen Worten ist bei einer großflächigen einstückigen Bildsensor-Anordnung keine ausreichende Ausbeute zu erwarten, so dass das Herstellen einer solchen Bildsensor-Anordnung teuer ist.Furthermore, an image sensor with a field of view of 24 mm × 36 mm is so large that due to an unavoidable defect density during the semiconductor processing an achievable yield of functional image sensor arrangements is low and thus incur high costs. In other words, in a large-scale one-piece image sensor array, a sufficient yield can not be expected, so that manufacturing such an image sensor array is expensive.
Um dieser Problematik zu begegnen, werden gemäß dem Stand der Technik unterschiedliche Wege beschritten.In order to address this problem, different approaches are taken according to the prior art.
Zum einen wird versucht, die Bildoptik einer herkömmlichen Kamera auf eine kleine Sensor-Anordnung mit hochintegrierten Sensorfeldern anzupassen. Allerdings führt dies im Allgemeinen zu einer Verschlechterung der Bildqualität. Ferner ist es notwendig und aufwändig, die Bildoptik der Kamera auf die halbleitertechnologisch hergestellte kleine Sensor-Anordnung anzupassen.On the one hand, an attempt is made to adapt the image optics of a conventional camera to a small sensor arrangement with highly integrated sensor fields. However, this generally leads to a deterioration of the picture quality. Furthermore, it is necessary and expensive to adapt the image optics of the camera to the semiconductor-technologically produced small sensor arrangement.
Weiter wird versucht, eine Sensor-Anordnung mit einer Größe herzustellen, die nur knapp unterhalb der Bildfeldgröße des Fotosteppers liegt. In diesem Falle kann die Standardoptik einer Kamera verwendet werden, allerdings sind teure und nur aufwändig herstellbare optische Korrekturlinsen erforderlich. Ferner sind mittels eines Verlängerungsfaktors die Belichtungsparameter der Kamera einzustellen. Wird zum Beispiel ein 36 mm × 24 mm Kleinbildfilm durch einen Digitalfilm der Dimension 28.7 mm × 19.1 mm ersetzt, so fällt (infolge der Wirkung der Korrekturoptik bzw. eines veränderten Abstands zwischen Linse und Film) auf den kleineren Digitalfilm näherungsweise dieselbe Lichtmenge wie sonst auf den größeren Kleinbildfilm. Deshalb ist es bei Verwendung von Korrekturlinsen häufig erforderlich, eine aufwändige Justierung der Belichtung des Digitalfilms vorzunehmen. In diesem Zusammenhang spricht man von einem Verlängerungsfaktor.Furthermore, an attempt is made to produce a sensor arrangement with a size that is only just below the image field size of the photo-stepper. In this case, the standard optics of a camera can be used, but expensive and only consuming manufacturable optical correction lenses are required. Furthermore, the exposure parameters of the camera must be set by means of an extension factor. For example, replacing a 36 mm × 24 mm 35 mm film with a 28.7 mm × 19.1 mm digital film will result in approximately the same amount of light on the smaller digital film (due to the effect of the correction optics or a changed distance between lens and film) the larger 35mm film. Therefore, when using corrective lenses, it is often necessary to make a complicated adjustment of the exposure of the digital film. In this context we speak of an extension factor.
Eine andere Möglichkeit zum Erzeugen einer ausreichend großen Sensor-Anordnung besteht darin, eine große Sensor-Anordnung mittels mehrfachen Belichtens mehrerer Bereiche eines Wafers bei dem Prozessieren des Halbleitersubstrats herzustellen. Dieses Herstellungsverfahren ist allerdings aufgrund der aufwändigen Mehrfach-Belichtung und der hohen Chipgröße einer einstückigen Sensor-Anordnung und den damit verbundenen Ausbeute-Problemen teuer. Eine Komplett-Waferbelichtung ist aufgrund der erforderlichen Strukturfeinheit für eine einzelne Sensorzelle ungeeignet.Another possibility for producing a sufficiently large sensor arrangement is to produce a large sensor arrangement by means of multiple exposure of several areas of a wafer during the processing of the semiconductor substrate. However, this manufacturing method is expensive due to the complicated multiple exposure and the large chip size of a one-piece sensor assembly and the associated yield problems. A complete wafer exposure is unsuitable for a single sensor cell because of the required texture fineness.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine ausreichend große Bild-Sensor-Anordnung mit einer Vielzahl von Sensorfeldern herzustellen, die eine verbesserte Qualität und verringerte Herstellungskosten aufweist.The invention is based on the problem of producing a sufficiently large image sensor arrangement with a large number of sensor fields, which has improved quality and reduced production costs.
Das Problem wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Bild-Sensor-Anordnung mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst.The problem is solved by a method for producing an image sensor arrangement with the features according to the independent claim.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen einer Bild-Sensor-Anordnung wird eine Mehrzahl von Sensor-Chips auf und/oder in einem Substrat ausgebildet, von denen jeder eine Mehrzahl von Sensorfeldern aufweist. Ferner wird um jeden der Sensor-Chips herum unter Verwendung eines Lithographie-Verfahrens und unter Verwendung eines Ätz-Verfahrens ein Graben einer Tiefe ausgebildet, die größer ist als die Tiefe der Sensorfelder in dem Substrat, wobei um jeden Sensor-Chip herum ein separater Ätzgraben ausgebildet wird und in Bereichen zwischen unterschiedlichen Ätzgräben ein Ätzen vermieden wird. Ein jeweiliger Sensor-Chip wird vereinzelt, indem von der Rückseite des Substrats Material einer Tiefe abgetragen wird, die mindestens gleich der Differenz zwischen der Dicke des Substrats und der Tiefe des Grabens ist. Schließlich werden die Sensor-Chips zum Bilden der Sensor-Anordnung zusammengesetzt.In the method according to the invention for producing an image sensor arrangement, a plurality of sensor chips are formed on and / or in a substrate, each of which has a plurality of sensor arrays. Further, around each of the sensor chips, using a lithography process and using an etching process, a trench is formed having a depth greater than the depth of the sensor arrays in the substrate, with a separate etch trench around each sensor chip is formed and in areas between different etch trenches an etching is avoided. A respective sensor chip is singulated by removing from the back side of the substrate material of a depth that is at least equal to the difference between the thickness of the substrate and the depth of the trench. Finally, the sensor chips are assembled to form the sensor assembly.
Eine Grundidee der Erfindung ist darin zu sehen, dass eine Sensor-Anordnung aus einer Mehrzahl von Sensor-Chips zusammengesetzt wird, wobei die Dimensionierung eines Sensor-Chips unter Verwendung eines diesen umgebenden Grabens und somit mittels eines lithographischen Verfahrens definiert wird. Dies hat den Vorteil, dass der Abstand eines Sensorfelds von einem Rand des ihm zugeordneten Sensor-Chips sehr gering (in der Größenordnung von μm) gehalten werden kann. Darüber hinaus kann dieser Abstand mit einer sehr hohen Genauigkeit eingestellt werden. Letzteres ist wiederum eine Folge der Verwendbarkeit einer lithographisch definierbaren Begrenzung eines Sensor-Chips anstelle einer mechanisch definierten Begrenzung (z. B. Vereinzeln mittels Sägens des Wafers).A basic idea of the invention is that a sensor arrangement is composed of a plurality of sensor chips, wherein the dimensioning of a sensor chip is defined using a trench surrounding it and thus by means of a lithographic method. This has the advantage that the distance of a sensor field from an edge of the sensor chip assigned to it can be kept very small (on the order of μm). In addition, this distance can be set with a very high accuracy. The latter is, in turn, a consequence of the usability of a lithographically definable boundary of a sensor chip instead of a mechanically defined boundary (eg separation by means of sawing the wafer).
Die Tiefe der Gräben wird derart gewählt, dass beim rückseitigen Abtragen von Material des Substrats zum Vereinzeln der Sensor-Chips z. B. integrierte Schaltkreiskomponenten des Sensor-Chips (Sensorfelder, Steuerschaltkreis-Komponenten, etc.) vor einer Zerstörung geschützt sind. Somit wird vermieden, dass beim Abtragen von Material des Substrats solches Material abgetragen wird, das funktionelle Komponenten des Sensor-Chips enthält. Für den Fall, dass unterhalb der Sensorfelder in dem Substrat weitere integrierte Schaltkreiskomponenten ausgebildet sind, ist die Tiefe der Gräben derart gewählt, dass bei dem Abtragen von Material von der Rückseite des Substrats diese zusätzlichen Schaltkreiskomponenten vor einer Beschädigung geschützt sind. Somit ist die Tiefe der Gräben vorzugsweise mindestens so groß gewählt wie die Dicke der Sensorfelder in dem Substrat zuzüglich der Dicke optionaler zusätzlicher Schaltkreiskomponenten. Mit anderen Worten wird der Graben vorzugsweise mit einer Tiefe ausgebildet, die größer ist als die Tiefe des Sensor-Chips in dem Substrat, d. h. des funktionell bzw. schaltungstechnisch aktiven Bereichs in dem Substrat. In diesem Bereich des Sensor-Chips können auch Ansteuer- bzw. Ausleseleitungen für die einzelnen Sensorfelder etc. untergebracht sein sowie Vorverarbeitungselektronik (z. B. Verstärker), etc.The depth of the trenches is selected such that the back-side removal of material of the substrate for separating the sensor chips z. B. integrated circuit components of the sensor chip (sensor fields, control circuit components, etc.) are protected from destruction. This avoids that when removing material of the substrate such material is removed, which contains functional components of the sensor chip. In the event that further integrated circuit components are formed underneath the sensor arrays in the substrate, the depth of the trenches is selected so that, when removing material from the back side of the substrate, these additional circuit components are protected from damage. Thus, the depth of the trenches is preferably at least as large as the thickness of the sensor arrays in the substrate plus the thickness of optional additional circuit components. In other words, the trench is preferably formed with a depth that is greater than the depth of the sensor chip in the substrate, i. H. of the functionally or circuitically active region in the substrate. In this area of the sensor chip also drive or readout lines for the individual sensor fields etc. can be accommodated as well as preprocessing electronics (eg amplifiers), etc.
Aufgrund der räumlich scharf definierten Begrenzung der Sensorfelder auf jeden der Sensor-Chips können mehrere Sensor-Chips derart zusammengesetzt werden, dass an einem Grenzbereich zwischen zwei benachbarten Sensor-Chips eine (z. B. optisch) wahrnehmbare Störung in der regelmäßigen Abfolge der Sensor-Chips vermieden ist. Bei der Bildsensor-Anordnung (z. B. für eine Kamera) sind somit störende Linien an Grenzflächen zwischen benachbarten Sensor-Chips vermieden, die sonst aufgrund einer Unterbrechung der regelmäßigen Abfolge von Sensorfeldern in Grenzbereichen zwischen benachbarten Sensor-Chips auftreten können.Because of the spatially well-defined limitation of the sensor fields on each of the sensor chips, a plurality of sensor chips can be assembled in such a way that a disturbance in the regular sequence of sensor detectable disturbances (eg, optically) occurs at a boundary region between two adjacent sensor chips. Chips is avoided. The image sensor arrangement (eg for a camera) thus avoids disruptive lines at interfaces between adjacent sensor chips, which otherwise may occur due to interruption of the regular sequence of sensor fields in boundary regions between adjacent sensor chips.
Ferner wird mittels Einbringens von Gräben zum Definieren eines Sensor-Chips eine geometrisch ideale Kante am Rand des Sensor-Chips erhalten, so dass benachbarte Sensor-Chips passgenau aneinandergefügt werden können.Furthermore, by introducing trenches for defining a sensor chip, a geometrically ideal edge is obtained at the edge of the sensor chip, so that adjacent sensor chips can be joined together accurately.
Anschaulich wird die Sensor-Anordnung nicht aus einer einstückigen Komponente (beispielsweise einem großen Siliziumstück) hergestellt, sondern aus mehreren kleinen Sensor-Chips (z. B. Bildsensoren), von denen jeder dieselbe Funktionalität aufweisen kann. Dies wird erreicht, indem nach dem Prozessieren der Sensor-Chips (d. h. dem Ausbilden der Sensorfelder, etc.) ein ausreichend tiefer Graben um den Sensor-Chip geätzt wird. Dieser Graben ist vorzugsweise geringfügig tiefer als die spätere endgültige Dicke der vereinzelten Sensor-Chips. Aufgrund der Justagegenauigkeit eines halbleitertechnologischen Lithographieverfahrens kann ein an einem Rand eines Sensor-Chips angeordnetes Sensorfeld sehr eng, typischerweise 1 μm und weniger, um einen Sensor-Chip herumgelegt werden. Im Inneren des geätzten Grabens hat der Wafer immer noch ausreichend Stabilität, dass ein Process-Control-Monitoring (PCM) und ein Funktionalitätstest durchgeführt werden können. Nach einer diesbezüglichen Bewertung des Wafers wird der Wafer auf seine Zieldicke rückseitig gedünnt, indem Material von der Rückseite des Wafers abgetragen (beispielsweise mechanisch abgeschliffen) wird. Dadurch ist ein Vereinzeln der Sensor-Chips realisiert, wobei jeder Sensor-Chip eine bis auf eine Dimension von 1 μm und weniger definierte Größe aufweist.Clearly, the sensor arrangement is not made of a one-piece component (for example a large piece of silicon), but rather of a plurality of small sensor chips (eg image sensors), each of which can have the same functionality. This is accomplished by etching a sufficiently deep trench around the sensor chip after processing the sensor chips (ie, forming the sensor arrays, etc.). This trench is preferably slightly deeper than the later final thickness of the singulated sensor chips. Due to the alignment accuracy of a semiconductor lithographic process, a sensor array arranged at one edge of a sensor chip can be placed very tightly, typically 1 μm and less, around a sensor chip. Inside the etched trench, the wafer still has enough stability to perform Process Control Monitoring (PCM) and a functionality test. After a related Evaluating the wafer, the wafer is thinned back to its target thickness by abrading material (eg, mechanically abraded) from the backside of the wafer. As a result, a singulation of the sensor chips is realized, wherein each sensor chip has a size defined to a dimension of 1 μm and less.
Auch ist problemlos realisierbar, den Sensorfeldern auf dem Sensor-Chip einen exakt definierten Abstand zu einer Kante eines Sensor-Chips zuzuweisen (wiederum bis zu einer Genauigkeit von 1 μm und weniger). Diese Genauigkeit ermöglicht es, eine Sensor-Anordnung (einen großen Bildsensor) aus einer Mehrzahl zusammengesetzter Sensor-Chips (beispielsweise kleiner Bildsensoren) mittels einer Montage zusammenzusetzen.It is also easily possible to assign the sensor fields on the sensor chip a precisely defined distance to an edge of a sensor chip (again up to an accuracy of 1 μm and less). This accuracy makes it possible to assemble a sensor array (a large image sensor) from a plurality of composite sensor chips (for example, small image sensors) by means of a mounting.
Für den Anwendungsfall einer Digitalkamera treten bei einer typischen Bildpixelgröße von 5 μm bis 10 μm störende Linien an Grenzbereichen zwischen benachbarten Sensor-Chips üblicherweise nicht auf.For the application of a digital camera disturbing lines at boundary regions between adjacent sensor chips usually do not occur at a typical image pixel size of 5 microns to 10 microns.
Erfindungsgemäß werden mehrere kleine Bauteile zusammengesetzt, um eine höhere Ausbeute bei der Sensorherstellung zu erreichen. Dadurch ist es für eine Digitalkamera (z. B. mit der Dimension einer Kleinbildkamera) ermöglicht, eine Bildsensor-Komponente herzustellen, bei der die oben beschriebenen aus dem Stand der Technik bekannten Probleme vermieden sind. Mittels Verringerns der Toleranzen aufgrund des Definierens von Sensor-Chips mittels einer Grabenätzung ist es erreicht, dass die zusammengesetzten Sensorfelder annähernd die gleiche Auflösung wie eine einkomponentige Sensor-Anordnung hat.According to the invention, several small components are assembled in order to achieve a higher yield in sensor production. Thereby, it is possible for a digital camera (eg, with the dimension of a 35mm camera) to make an image sensor component avoiding the above-described problems known from the prior art. By reducing the tolerances due to the definition of sensor chips by means of trench etching, it is achieved that the composite sensor arrays have approximately the same resolution as a one-component sensor arrangement.
Mittels gleichgeschnittener Sensor-Chips, die vorzugsweise alle die gleiche Größe aufweisen, werden Kanten idealer Geometrie und somit sehr gute Passflächen erhalten. Bei Verwendung einer einheitlichen Maske wird die Toleranz weiter reduziert. Dann ist das einzige begrenzende Kriterium die Maskenauflösung, die wesentlich besser ist als eine herkömmliche Toleranz beim Vereinzeln eines Substrats mittels Sägens.By means of uniformly cut sensor chips, which preferably all have the same size, edges of ideal geometry and thus very good mating surfaces are obtained. Using a uniform mask further reduces the tolerance. Then, the only limiting criterion is mask resolution, which is significantly better than conventional tolerance in singulating a substrate.
Beim Sägen von Werfern zum Vereinzeln der Chips des Werfers liegt die Fertigungstoleranz im Bereich von 50 μm und mehr. Würde man unter diesen Umständen Sensor-Chips nebeneinander anordnen, hätte dies zur Folge, dass die Berührungsstellen der einzelnen kleinen Bildsensoren im Digitalbild aufgelöst würden. Mit anderen Worten würde man hinsichtlich der optischen Wahrnehmung eines Betrachters eines Bildes nicht die gleiche Funktionalität erreichen wie bei einem großflächigen Bildsensor. Insbesondere würden in Grenzbereichen störende Linien auftreten.When sawing throwers for separating the chips of the thrower, the manufacturing tolerance is in the range of 50 microns and more. If one were to arrange sensor chips next to one another under these circumstances, this would mean that the points of contact of the individual small image sensors in the digital image would be resolved. In other words, one would not achieve the same functionality in terms of the visual perception of a viewer of an image as in a large-scale image sensor. In particular, disturbing lines would occur in border areas.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Fertigungstoleranz derart stark reduziert, dass mehrere Sensor-Chips aneinander gereiht werden können und zusammen die gleiche optische Funktionalität wie eine einstückige Sensor-Anordnung erreichen. Somit können größere und aufgrund der Madularität einzelner kleiner Bausteine auch billigere Bildsensoren als gemäß dem Stand der Technik hergestellt werden.By means of the method according to the invention, the manufacturing tolerance is so greatly reduced that multiple sensor chips can be strung together and together achieve the same optical functionality as a one-piece sensor arrangement. Thus, larger and due to the Madularität individual small building blocks and cheaper image sensors can be made than in the prior art.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.Preferred developments of the invention will become apparent from the dependent claims.
Vorzugsweise werden die Sensor-Chips im Wesentlichenformschlüssig zu sammengesetzt. Aufgrund der erheblich verbesserten Passgenauigkeit der Sensor-Chips ist die Sensor-Anordnung daher in allen Bereichen anwendbar, wo ein räumlich definiertes Zusammensetzen unterschiedlicher Komponenten mit hoher räumlicher Genauigkeit erforderlich ist.Preferably, the sensor chips are substantially form-fitting to sammengesetzt. Due to the significantly improved accuracy of fit of the sensor chips, the sensor array is therefore applicable in all areas where a spatially defined assembly of different components with high spatial accuracy is required.
Der Graben kann derart gebildet werden, dass ein Abstand eines an einem Rand eines Sensor-Chips angeordneten Sensorfeldes von einem Rand nicht wesentlich größer ist als eine Ausdehnung des Sensorfeldes. In diesem Fall ist sichergestellt, dass in Grenzbereichen zwischen benachbarten Sensor-Chips störende Linien aufgrund einer Störung der symmetrischen Anordnung von Sensorfeldern vermieden sind.The trench can be formed in such a way that a distance of a sensor field arranged at an edge of a sensor chip from an edge is not substantially greater than an extent of the sensor field. In this case, it is ensured that disruptive lines are avoided in boundary regions between adjacent sensor chips due to a disturbance of the symmetrical arrangement of sensor fields.
Der Graben wird unter Verwendung eines Lithographie-Verfahrens ausgebildet. Mit einem Lithographie-Verfahren ist eine Auflösung im Bereich von Mikrometern (beispielsweise 2 μm bis 3 μm) und darüber erreichbar. Da die Sensorfelder häufig eine Pixeldimension von 5 μm bis 10 μm haben, kann sichergestellt werden, dass Störungen, Verzerrungen oder Linien an Grenzflächen benachbarter Sensor-Chips vermieden sind.The trench is formed using a lithography process. A resolution in the range of micrometers (for example 2 μm to 3 μm) and above can be achieved with a lithography method. Since the sensor fields often have a pixel dimension of 5 .mu.m to 10 .mu.m, it can be ensured that disturbances, distortions or lines at interfaces of adjacent sensor chips are avoided.
Der Graben wird ferner unter Verwendung eines Ätz-Verfahrens ausgebildet. Es ist bevorzugt, als Ätz-Verfahren ein anisotropes Ätz-Verfahren zu verwenden, um einen ausreichend steilen Kantenabfall an dem Rand eines Sensor-Chips zu erreichen, wodurch die Passgenauigkeit beim Zusammensetzen benachbarter Chips weiter erhöht ist. Das Ätz-Verfahren kann ein Trockenätz-Verfahren sein. Alternativ kann ein Nassätz-Verfahren verwendet werden. Generell ist bei dem Ätz-Verfahren darauf zu achten, dass die Unterätzung, d. h. die isotrope Ätz-Komponente, ausreichend gering gehalten ist, um ein formschlüssiges Aneinanderreihen benachbarter Sensor-Chips sicherzustellen. Besonders bevorzugt als Ätz-Verfahren ist Sputterätzen oder reaktives Ionenätzen (RIE, ”reactive ion etching”).The trench is further formed using an etching process. It is preferable to use as an etching method an anisotropic etching method in order to achieve a sufficiently steep edge drop at the edge of a sensor chip, whereby the accuracy of fit in assembling adjacent chips is further increased. The etching process may be a dry etching process. Alternatively, a wet etching method may be used. In general, care must be taken in the etching process that the undercutting, d. H. the isotropic etching component, is kept sufficiently low to ensure a form-fitting juxtaposition of adjacent sensor chips. Sputter etching or reactive ion etching (RIE) is particularly preferred as an etching process.
Das Material des Substrats kann unter Verwendung eines Chemical-Mechanical-Polishing-Verfahrens (CMP-Verfahren) oder eines Ätz-Verfahrens abgetragen werden. Alternativ kann Material unter Verwendung eines Lasers abgetragen werden.The material of the substrate may be prepared using a chemical-mechanical polishing Process (CMP process) or an etching process are removed. Alternatively, material can be removed using a laser.
Unterschiedliche Sensor-Chips können im Wesentlichen gleich groß ausgebildet werden. Insbesondere ist möglich, unterschiedliche Sensor-Chips unter Verwendung eines gemeinsamen Lithographie-Verfahrens, das heißt eines einheitlichen Werfers, auszubilden. Jedoch ist es auch möglich, die unterschiedlichen Sensor-Chips der Sensor-Anordnung aus unterschiedlichen Wafern herzustellen.Different sensor chips can be made substantially the same size. In particular, it is possible to form different sensor chips using a common lithography method, that is to say a uniform projector. However, it is also possible to manufacture the different sensor chips of the sensor arrangement from different wafers.
Der Graben kann derart gebildet werden, dass ein Abstand eines an einem Rand eines Sensor-Chips angeordneten Sensorfeldes von dem Rand vorzugsweise höchstens 3 μm, weiter vorzugsweise höchstens 1 μm ist.The trench can be formed in such a way that a distance of a sensor field arranged at an edge of a sensor chip from the edge is preferably at most 3 μm, more preferably at most 1 μm.
Im Weiteren wird die erfindungsgemäße Sensor-Anordnung näher beschrieben. Ausgestaltungen des Verfahrens zum Herstellen der Sensor-Anordnung gelten auch für die Sensor-Anordnung und umgekehrt.In the following, the sensor arrangement according to the invention will be described in more detail. Embodiments of the method for producing the sensor arrangement also apply to the sensor arrangement and vice versa.
Zumindest eines der Sensorfelder kann ein CCD-Sensorfeld sein.At least one of the sensor arrays may be a CCD sensor array.
Ein CCD-Sensorfeld (”charge coupled device”) ist anschaulich eine Anordnung von CCD-Elementen, d. h. integrierten Bauelementen, zum Umwandeln eines optischen Bildes in ein Bild elektrischer Ladungen mittels Photogenerierens von elektrischen Ladungen und anschließenden Umwandelns des Ladungsbildes in ein sequentielles elektrisches Signal unter Verwendung von CCD-Schieberegistern.A charge coupled device (CCD) array is illustratively an array of CCD elements, i. H. integrated devices for converting an optical image into an electric charge image by photogenerating electric charges and then converting the charge image into a sequential electrical signal using CCD shift registers.
Das Sensorfeld kann auch ein Infrarot-Sensorfeld sein, beispielsweise für eine Wärmebild-Kamera. Eine Wärmebild-Kamera basiert auf solchen Infrarot-Sensoren, die für Infrarotlicht empfindlich sind. Besonders geeignet sind CCDs oder Dioden aus dem Material HgCdTe (Quecksilber-Cadmium-Tellurid). Bei der Verwendung einer Wärmebild-Kamera kann es vorteilhaft sein, die Sensor-Anordnung unter Umgebungstemperatur abzukühlen, um die von der Sensor-Anordnung selbst abgestrahlte Infrarot-Strahlung gering zu halten.The sensor field can also be an infrared sensor field, for example for a thermal imaging camera. A thermal imaging camera is based on such infrared sensors, which are sensitive to infrared light. Particularly suitable are CCDs or diodes made of the material HgCdTe (mercury-cadmium telluride). When using a thermal imaging camera, it may be advantageous to cool the sensor arrangement below ambient temperature in order to minimize the infrared radiation radiated by the sensor arrangement itself.
Vorzugsweise weist jeder der Sensor-Chips einen Multiplexerbereich und einen Anschlusspadbereich auf, wobei die Sensor-Chips derart zusammengesetzt sind, dass die Multiplexerbereiche und die Anschlusspadbereiche entlang zumindest eines Teil des Rands der Sensor-Anordnung verlaufend angeordnet sind. In diesem Fall ist anschaulich die Sensor-Anordnung gebildet aus einem mittigen Abschnitt, in dem die Sensorfelder der Sensor-Chips angeordnet sind. Dieser Mittenbereich ist umgeben von Multiplexern zum selektiven Adressieren der Sensorfelder. Mittels der Anschlusspads können die elektrischen Signale der Sensorfelder einer in der Umgebung angeordneten Verarbeitungs-Elektronik bereitgestellt werden.Preferably, each of the sensor chips has a multiplexer area and a pad pad area, the sensor chips being assembled such that the multiplexer areas and the pad areas are arranged to extend along at least part of the edge of the sensor array. In this case, the sensor arrangement is illustratively formed from a central section in which the sensor fields of the sensor chips are arranged. This center area is surrounded by multiplexers for selectively addressing the sensor arrays. By means of the connection pads, the electrical signals of the sensor fields of a processing electronics arranged in the surroundings can be provided.
Ferner ist anzumerken, dass eine Randabdichtung (”seal ring”), wie sie entlang einer Umrandung eines Chips oft zu Schutzzwecken ausgebildet wird, bei den Sensor-Chips der Erfindung eingespart sein kann. Soll eine solche Randabdichtung ausgebildet werden, so ist ihre Dicke vorzugsweise so zu wählen (kleiner 3 μm), dass die räumliche Abfolge der Sensorfelder in Grenzbereichen zwischen benachbarten Sensor-Chips nicht wahrnehmbar beeinflusst wird.It should also be noted that a "seal ring" as often formed along a perimeter of a chip for protection purposes may be eliminated in the sensor chips of the invention. If such an edge seal is to be formed, then its thickness is preferably to be selected (smaller than 3 μm) such that the spatial sequence of the sensor fields is not perceptibly influenced in boundary regions between adjacent sensor chips.
Es ist anzumerken, dass das Substrat aus einem beliebigen Material hergestellt sein kann. Insbesondere kann das Substrat ein Silizium-Wafer sein. Alternativ kann das Substrat ein Glas-Substrat, ein Keramik-Substrat, etc. sein.It should be noted that the substrate may be made of any material. In particular, the substrate may be a silicon wafer. Alternatively, the substrate may be a glass substrate, a ceramic substrate, etc.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sowie ein Vergleichsbeispiel ist in den Figuren dargestellt und wird im Weiteren näher erläutert.An embodiment of the invention and a comparative example is shown in the figures and will be explained in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Gleiche oder ähnliche Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.The same or similar components in different figures are provided with the same reference numerals.
Im Weiteren wird bezugnehmend auf
Der Sensor-Chip
Im Weiteren wird bezugnehmend auf
In
In
In
Im Weiteren wird bezugnehmend auf
Im Anschluss daran wird der Photoresist
Wie in der in
Im Weiteren wird bezugnehmend auf
Hierfür wird unter Verwendung eines CMP-Verfahrens (”chemical mechanical polishing”) an der Rückseite
Dies ist aus der in
Wie in
Im Weiteren wird bezugnehmend auf
Um die in
Die Größe der Sensorbereiche
Im Weiteren wird bezugnehmend auf
Die Prozessierung des Werfers
Mittels rückseitigen Ätzens des Silizium-Wafers
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DE19840508A1 (en) * | 1998-09-04 | 1999-12-02 | Siemens Ag | Separating individual semiconductor chips from composite wafer |
DE19933472A1 (en) * | 1999-07-20 | 2001-02-01 | Daimler Chrysler Ag | Arrangement with network for signal processing, especially image data processing, has chips with network structures on bearer substrate networked via electrical connections in substrate |
DE19962763C2 (en) * | 1999-07-01 | 2001-07-26 | Fraunhofer Ges Forschung | Wafer dicing method |
EP1187221A2 (en) * | 2000-09-07 | 2002-03-13 | Xerox Corporation | Linear color image sensor array with IR filter and method of forming the same |
-
2002
- 2002-10-14 DE DE10247819.8A patent/DE10247819B4/en not_active Expired - Fee Related
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