KR20120065047A - 웨이퍼 스케일의 엑스선 검출기 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

웨이퍼 스케일의 엑스선 검출기 및 제조방법이 개시된다. 개시된 엑스선 검출기는, 인쇄회로기판과 전기적으로 연결된 이음매 없는 실리콘 기판과 상기 실리콘 기판 상의 각 칩영역의 중앙부의 복수의 픽셀패드와 가장자리에 배치된 복수의 핀패드를 구비한 칩 어레이와, 상기 픽셀패드와 대응되게 형성되는 복수의 픽셀전극과, 상기 칩 어레이 및 상기 복수의 픽셀전극 사이에서 상기 픽셀패드로부터 상기 픽셀전극으로 확산된 영역의 차이를 보상하도록 형성된 수직배선 및 수평배선과 이들을 이격시키는 절연층을 구비한 재분배층과, 상기 재분배층 상에서 상기 픽셀전극을 덮는 포토컨덕터층과, 공통전극을 구비한다.

Description

웨이퍼 스케일의 엑스선 검출기 및 제조방법{Wafer-scale x-ray detector and method of manufacturing the same}
이음매없는(seamless) 영상을 구현하는 웨이퍼 스케일의 대면적 엑스선 검출기 및 제조방법에 관한 것이다.
디지털 엑스선 검출기는 엑스선으로 촬영한 엑스선 화상 또는 엑스선 투시 화상을 디지털 신호로 출력한다. 이러한 엑스선 검출기는 직접 방식과 간접 방식으로 나뉜다.
직접방식은 광도전막(photoconductor)에서 엑스선을 직접 전하로 변환하며, 간접방식은 신틸레이저(scintillator)에서 엑스선을 가시광선으로 변환 후, 변환된 가시광선을 포토다이오드와 같은 광전변환소자를 통해 전하로 변환하는 방식이다.
직접방식의 엑스선 검출기는 포토컨덕터층의 하부에 형성된 복수의 픽셀전극과, 픽셀전극으로부터의 전기적 신호를 신호처리하는 신호처리부를 구비한다.
종래의 직접방식의 엑스선 검출기는 대면적으로 제조하기 위해서, 주문형 반도체(application-specific integrated circuit: ASIC) 위에 포토컨덕터층이 형성되므로, 주문형 반도체 및 포토컨덕터층을 대면적에 타일링시 주문형 반도체 사이의 이음매(seam)로 인해서 이음매 영역에서 이미지가 검출되지 않는 문제가 생긴다. 특히, 주문형 반도체들의 타일링시 적어도 100 ㎛ 이상의 이음매가 생길 수 있으며, 이 이음매 내에 존재하는 조직 등이 검출되지 않을 수 있다.
웨이퍼 스케일로 제조된 칩 어레이를 이용하여 이음매 없는 촬상영역을 구현한 웨이퍼 스케일의 엑스선 검출기 및 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 유형에 따른 웨이퍼 스케일의 엑스선 검출기는:
복수의 칩 영역이 일 면에 형성된 이음매 없는 실리콘 기판;
상기 이음매 없는 실리콘 기판의 상기 일 면의 위로 형성된 포토컨덕터 층;
상기 이음매 없는 실리콘 기판의 상기 일 면과 상기 포토 컨덕터 층 사이에 형성된 복수의 픽셀 전극;
상기 이음매 없는 실리콘 기판의 다른 일면과 대응되게 배치된 인쇄회로기판; 및
상기 포토컨덕터 상에서 그 위로 방사선이 입사되는 공통 전극을 구비하고,
상기 각각의 칩 영역은 복수의 픽셀 패드와 복수의 핀패드를 구비한다.
상기 복수의 픽셀 전극과 상기 복수의 픽셀 패드을 전기적으로 연결하는 재분배층을 더 구비할 수 있다.
상기 재분배층은 적어도 하나의 절연층과 상기 적어도 하나의 절연층을 관통하여 형성된 수직배선 및 수평배선을 구비할 수 있다.
상기 복수의 픽셀전극이 커버하는 면적이 상기 복수의 픽셀 패드가 커버하는 면적 보다 클 수 있다.
상기 복수의 핀패드는 상기 복수의 픽셀 패드을 둘러 싸게 배치되어 있고, 상기 복수의 핀패드와 상기 복수의 픽셀 패드는 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 국면에 따르면, 상기 이음매 없는 실리콘 기판에 형성된 복수의 비아홀과 상기 각각의 비아홀에 대응되게 형성된 비아 콘택을 더 구비 하고, 상기 각각의 핀패드는 상기 비아 콘택을 통해 상기 인쇄회로기판에 전기적으로 연결된다.
상기 비아 콘택과 상기 인쇄회로기판 사이에 배치되어 있는 범프를 더 구비 하고, 상기 범프는 상기 비아 콘택과 상기 인쇄회로기판을 전기적으로 연결한다.
본 발명의 다른 국면에 따르면, 상기 이음매 없는 실리콘 기판에 형성된 복수의 비아홀과 상기 각각의 비아홀에 대응되게 형성된 비아 콘택을 더 구비 하고, 상기 각각의 비아 콘택은 상기 각각의 핀패드를 관통하게 형성된 금속메탈과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 국면에 따르면, 상기 인쇄회로기판은 단일 인쇄회로기판으로 상기 복수 칩 영역과 대응되도록 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 따르면, 상기 인쇄회로기판은 복수의 인쇄회로기판으로 구비되어 있으며, 상기 복수의 인쇄회로기판들은 상기 복수의 칩 영역과 일대일 대응되도록 배치될 수 있다.
상기 이음매 없는 실리콘 기판과 상기 인쇄회로기판 사이를 채운 수지를 더 구비할 수 있다.
상기 이음매 없는 실리콘 기판은 단결정 실리콘으로 이루어질 수 있다.
상기 포토컨덕터는 비정질 셀레늄(amorphous selenium: a-Se), HgI2, PbI2, CdTe, CdZnTe, PbO 중 선택된 적어도 하나의 물질로 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 유형에 따른 엑스선 검출기의 제조방법은, 이음매 없는 실리콘 기판의 일면에 복수의 픽셀 패드와 복수의 핀패드를 구비하는 복수의 칩 영역을 형성하는 단계;
상기 실리콘 기판의 타면에 상기 핀패드를 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계;
상기 실리콘 기판의 타면에 상기 비아홀을 통하여 상기 핀패드와 전기적으로 연결되도록 인쇄회로 기판을 본딩하는 단계; 및
상기 픽셀패드와 전기적으로 연결된 픽셀전극, 포토컨덕터층 및 공통전극을 순차적으로 형성하는 단계;를 포함한다.
이때 상기 픽셀 패드를 상기 픽셀 전극으로 전기적으로 연결시키는 재분배층을 형성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 재분배층을 형성하는 단계는,
상기 픽셀 패드와 접촉하는 수직배선을 포함하는 제1절연층을 형성하는 단계; 및
상기 제1 절연층 상으로 상기 복수의 픽셀패드를 확산시키는 수직배선 및 수평배선을 포함하는 제2 절연층을 형성하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 제1 절연층을 형성하는 단계는,
절연층을 픽셀 패드상에 형성하는 단계;
상기 절연층에 상기 픽셀패드와 연결되는 비아홀을 형성하는 단계;
상기 비아홀을 메탈로 채워서 수직배선을 형성하는 단계로 이루어질 수 있다.
상기 제2 절연층을 형성하는 단계는:
상기 제1 절연층의 수직배선과 연결되도록 수평배선을 형성하는 단계;
상기 제1 절연층 및 수평배선 상에 절연층을 형성하는 단계;
상기 절연층에 상기 수평배선과 연결되는 비아홀을 형성하는 단계; 및
상기 비아홀을 메탈로 채워서 수직배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 인쇄회로기판을 본딩하는 단계는 각각의 비아홀에 대응되게 형성된 비아 콘택을 형성한 후 상기 비아 콘택을 통해 인쇄회로 기판을 본딩할 수 있다.
이때 상기 비아 콘택 형성 후, 인쇄회로 기판 본딩 전, 범프를 형성하는 단계를 추가로 포함하여 상기 비아콘택과 상기 인쇄회로기판이 범프를 통하여 연결되는 것도 가능하다.
상기 인쇄회로 기판은 상기 복수 칩 영역과 대응되는 단일 인쇄회로 기판을 사용할 수 있다.
또는 이와는 달리 상기 인쇄회로 기판은 상기 복수 칩 영역과 일대일 대응되도록 배치되도록 복수개의 인쇄회로 기판을 사용하는 것도 가능하다.
상기 실시예에 따른 웨이퍼 스케일의 엑스선 검출기는 칩 영역 사이의 이음매 영역 상의 포토컨덕터 상에서 생성된 전하가 하부의 픽셀전극을 통해서 웨이퍼 스케일의 칩 어레이로 전송되므로, 이음매없는 촬상영역의 영상이 보다 정확하게 재현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 스케일의 엑스선 검출기의 개략적 단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼 스케일의 엑스선 검출기의 칩 어레이를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 스케일의 엑스선 검출기에서 픽셀전극과 칩 어레이의 연결을 개략적으로 설명하는 개략도이다.
도 5a 내지 도 5f는 도 1의 구조의 엑스선 검출기의 제조방법을 설명하는 단면도들이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 엑스선 검출기의 제조방법을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다. 명세서를 통하여 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 스케일의 엑스선 검출기(100)의 개략적 단면도이다.
도 1을 참조하면, 엑스선 검출기(100)는 인쇄회로기판(110) 상에서 인쇄회로기판(110)에 형성된 콘택(112)과 전기적으로 연결되는 비아 콘택(139)이 하부에 형성된 실리콘 기판(120)이 배치된다. 인쇄회로기판(100)의 콘택(112) 및 비아 콘택(139) 사이에는 범프(114)가 배치되어서 이들을 전기적으로 연결한다.
실리콘 기판(120) 상에는 복수의 칩 영역이 어레이로 형성된다. 도 1에는 편의상 두개의 칩 영역(A, B) 만 도시하였다. 각 칩영역(A, B)의 중앙에는 픽셀패드들(132)이 형성되며, 가장자리에는 픽셀패드들(132)을 포위하는 핀패드들(134)이 형성된다. 각 픽셀패드(132)는 각 핀패드(134)에 연결된다. 실리콘 기판(120) 상에는 픽셀패드들(132)과 핀패드들(134)을 실리콘 기판(120)으로부터 절연하는 제1절연층(130)이 형성되어 있다. 각 칩영역(A, B) 의 패드들과 실리콘 기판(120)은 각 칩을 구성하며, 이들 칩들은 칩 어레이를 구성한다.
하나의 웨이퍼를 엑스레이 검출기에 맞게 커팅하여 칩 어레이를 만든다. 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 스케일의 엑스선 검출기(100)의 칩 어레이를 설명하는 도 2 및 도 3을 참조한다.
도 2를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(W) 상에 복수의 칩들(C)이 배치된다. 각 칩(C)은 상술한 칩영역에 대응된다. 엑스선 검출기(100)에 사용하기 위해서 실리콘 웨이퍼(W)는 점선으로된 커팅라인을 따라서 절단될 수 있다. 따라서, 복수의 칩들(C)은 이음매 없는 단일의 실리콘 웨이퍼 (또는 실리콘 기판)에서 칩 어레이를 형성하게 된다.
도 3은 도 2의 각 칩의 평면도이다. 하나의 칩(C)에는 복수의 픽셀 패드(132)와, 픽셀패드(132)들을 둘러싸는 핀패드들(PE)(134)이 형성되어 있고, 복수의 픽셀 패드(132)와 복수의 핀패드(134)들은 전기적으로 연결 되어 있다. 복수의 픽셀패드(132)는 픽셀영역(PA)으로 간략하게 도시하였다. 픽셀패드(132)와 대응되는 핀패드(PE)(134)는 후술되는 재분배층(140)의 배선들에 의해서 서로 연결된다.
다시 도 1을 참조하면, 하나의 실리콘 기판(120)에 형성된 칩 어레이를 위해서는 복수의 인쇄회로기판(110)이 대응되게 배치될 수 있으며, 도 1에서는 편의상 2개의 인쇄회로기판(110)을 도시하였다. 복수의 칩 영역과 복수의 인쇄회로기판(110)이 일대일 대응되게 배치되거나 (도 1 참조), 또는 복수의 칩 영역과 하나의 단일 인쇄회로기판(110)이 대응되게 배치될 수 있다.
각 핀패드(134)는 실리콘 기판(120)의 비아홀(135)에 형성된 비아 콘택(139)에 연결되고, 비아 콘택(139)은 끝에 배치되어있는 범프(114)를 통해 인쇄회로기판(100)에 전기적으로 연결된다. 범프(114)는 비아홀(135)의 끝에 위치하거나(도 1 참조), 비아홀(135) 끝 주변(미도시) 또는 이웃하는 두 비아홀(135) 사이의 원하는 위치에 배치될 수도 있다.
인쇄회로기판(110) 및 이음매 없는 실리콘 기판(120) 사이에는 이들을 고정하는 수지(116), 일 예로 에폭시 수지가 형성될 수 있다.
제1절연층(130) 상에는 픽셀패드(132)와 후술되는 픽셀전극을 연결하는 재분배층(redistribution layer)(140)이 형성된다. 재분배층(140)은 픽셀전극(150)과 픽셀패드(132)를 연결하는 층으로, 칩 영역의 중앙부에 배치된 픽셀패드(132)에 대해서 픽셀전극(150)은 각 칩 영역에 퍼져 형성되므로, 픽셀전극(150)으로부터 픽셀패드(132)로의 전기적 연결은 도 2에 도시된 것과 같다.
재분배층(140)은 칩 어레이 상의 절연층(130, 145)과 절연층(130, 145)을 관통하여 형성된 수직배선(142, 146) 및 수평배선(143)을 구비한다.
이음매 없는 실리콘 기판(120)은 단결정 실리콘 웨이퍼일 수 있다. 단결정 실리콘에 형성된 회로는 동작 속도가 빠르며, 노이즈가 적다. 또한, 포토컨덕터로부터의 전기적 신호를 1차적으로 처리하는 속도를 증가시킬 수 있으며, 인쇄회로기판(110)으로 처리된 전기적 신호를 전달한다.
반도체 공정에서 사용되는 마스크의 한계로 각 칩영역은 대략 최대 2 ㎝ x 2 ㎝ 크기로 제작될 수 있다. 하나의 칩 영역에는 대략 수만 - 수십만 개의 픽셀패드(132)와 핀패드(134)가 형성될 수 있다.
인쇄회로기판(110)에서는 입력된 전기적 신호를 가지고 측정 대상물체의 엑스선 투과도를 계랑화하여 영상신호로 구현한다. 픽셀패드(132) 및 핀패드(134)는 픽셀전극(150)으로부터의 전기적 신호를 빠른 속도로 처리하여 인쇄회로기판(110)으로 필요한 정보를 제공한다.
인쇄회로기판(110) 및 실리콘 기판(120) 사이에는 에폭시 수지(116)가 채워져서 이들 사이를 고정할 수 있다.
재분배층(140) 상에는 포토컨덕터층(160)을 포함하는 액스선 검출부가 배치된다. 픽셀전극들(150)을 덮는 포토컨덕터층(160)은 하나의 물질층으로 형성될 수 있다. 포토컨덕터층(160)은 비정질 셀레늄(amorphous selenium: a-Se), HgI2, PbI2, CdTe, CdZnTe, PbO 중 선택된 어느 하나의 물질로 형성될 수 있다.
포토컨덕터층(160)의 두께는 측정 대상에 따라서 달라질 수 있다. 일 예로, 포토컨덕터 물질이 HgI2인 경우, 가슴을 측정하는 경우 500-600 ㎛ 이며, 유방을 측정하는 경우 300-400 ㎛ 일 수 있다. 포토컨덕터 물질이 a-Se인 경우, 가슴을 측정하는 경우 900-1000 ㎛ 이며, 유방을 측정하는 경우 300-400 ㎛ 일 수 있다.
포토컨덕터층(160)은 그 상면으로부터 입사된 엑스선의 강도에 따라서 전하를 생성한다. 포토컨덕터층(160)은 복수의 이음매 없는(seamless) 픽셀영역으로 구분될 수 있으며, 각 픽셀영역의 하부에는 픽셀전극(150)이 형성되어서 각 픽셀영역에서의 전하가 모여서 전기적 신호로 변환된다. 전기적 신호는 해당 픽셀패드(334)의 비아 콘택(139)으로 전달된다.
포토컨덕터층(160)의 상부에는 연속적인 공통전극(170)이 형성된다. 공통전극(170)에 인가되는 직류전압에 따라서 포토컨덕터층(160)에는 전계가 형성되며, 포토컨덕터층(160)에서 형성된 정공-전자 쌍 중 정공 또는 전자가 각 픽셀전극(150)으로 이동된다. 포토컨덕터층(160)에서의 이동 전하는 포토컨덕터층(160)의 물질에 따라서 달라질 수 있으며, 이에 따라 공통전극(170)에는 양전압 또는 음전압이 인가된다.
픽셀전극(150)은 대응되는 픽셀패드(134)의 비아 콘택(139)과 수평배선(142) 및 수직배선(142, 146)을 통해서 연결된다. 수평배선(142)이 필요한 이유는 도 4를 가지고 설명한다. 이하에서는 수평배선(142)를 연결배선으로도 칭한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적 엑스선 검출기에서 픽셀전극(250)과 칩 어레이(220) 사이의 전기적 연결을 개략적으로 설명하는 개념도이다. 도 2는 편의상 하나의 칩 영역과 그에 대응되는 픽셀전극(150)을 도시하였다.
도 4를 참조하면, 칩 어레이(220)의 칩 영역에는 중앙부에 배치된 픽셀패드들(232)과 픽셀패드들(232)과 대응되며 픽셀패드(232)를 둘러싸게 배치된 핀패들(234)이 배치된다. 칩 영역의 픽셀패드들(232)이 차지하는 면적이 이에 대응하는 픽셀전극들(250)이 차지하는 면적보다 작으므로 포토컨덕터층(240)의 엑스선 입사면적을 전부 사용하기 위해서 대응되는 픽셀전극(250) 과 픽셀어레이(220)의 픽셀패드들(232)을 연결하기 위해서는 도 2에서처럼 경사진 연결배선(240)(도 4 참조)을 사용하거나 또는 수직배선 및 수평배선(도 5b, 5d, 5e, 5f, 6b 참조)을 사용할 수 있다.
도 1의 엑스선 검출기는 픽셀패드(132)와 픽셀전극(150) 사이를 재분배층(140)을 이용하여 전기적 연결을 하므로, 이웃하는 칩 영역 사이를 포함한 포토컨덕터층(260)의 전 영역에서 검출된 전하가 재분배되어서 픽셀패드(232)로 이송되므로, 촬상영역의 영상이 이음매없이 보다 정확하게 재현될 수 있다.
또한, 웨이퍼 스케일의 칩 어레이를 사용하므로, 칩 영역이 이음매 없이 고르게 넓게 퍼지므로, 칩 어레이와 픽셀패드 사이의 연결이 용이해진다.
도 5a 내지 도 5f는 도 1의 구조의 엑스선 검출기의 제조방법을 설명하는 단면도들이다.
도 5a를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(320) 상의 각 픽셀영역(도 1의 A, B)에서 중앙부에 형성된 픽셀패드들(332)과 가장자리에서 픽셀패드(332)를 둘러싸는 핀패드들(334)과 픽셀패드들(332) 및 핀패드들(334)을 둘러싸는 제1절연층(330)을 구비한 복수의 칩영역을 형성한다. 각 칩은 수만 개의 픽셀패드(332)와 이에 대응하는 핀패드들(334)을 구비할 수 있으며, 도 5a에는 편의상 5개의 픽셀패드(332)와 2개의 핀패드(334)를 구비한 하나의 칩 영역을 도시하였다. 제1절연층(330)은 실리콘 웨이퍼(320)와 패드들(332, 334)을 절연시킨다.
도 5b를 참조하면, 제1절연층(330)에서 각 픽셀패드(332)에 대응되게 비아홀(341)을 형성하여 각 픽셀패드(332)를 노출시킨 후 비아홀을 메탈로 채워서 수직배선(342)을 형성한다. 이어서 수직배선(342)과 연결되는 수평배선(343)을 제1절연층(330) 상에 형성한다. 이어서, 제1절연층(330) 상에 수평배선(343)을 덮는 제2절연층(345)을 형성한다. 제2절연층(345)에서 수평배선(343)의 단부를 노출시키는 비아홀(344)을 형성한 후, 비아홀(344)을 메탈로 채워서 수직배선(346)을 형성한다.
제2절연층(345) 상에 수직배선(346)의 단부와 연결되는 픽셀전극(350)을 형성한다. 제2절연층(345) 상에 픽셀전극(350)을 덮는 제3절연층(355)을 형성한다. 픽셀패드(332)로부터 픽셀전극(350)까지의 수평배선(343) 및 수직배선(342, 346)을 재분배층(340)이라 칭한다. 재분배층(340)은 도 4에서 설명하였듯이 엑스레이 측정부위와 픽셀패드(332)가 1:1 (일대일) 대응되도록 배선을 연결하는 것이다.
도 5b에는 재분배층(340)이 하나의 수평배선과 연결하는 두개의 수직배선으로 구성되지만, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 제2절연층(345) 및 픽셀전극(350) 사이에 별도의 절연층(미도시)을 더 형성하고, 수직전극(346)으로부터 픽셀전극(350) 사이에 다른 수평배선 및 수직배선을 더 형성할 수 있다.
도 5c를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(320)의 하면을 화학-기계 연마(chemical-mechanical polishing: CMP)하여 원하는 두께로 만든다. 도 5c에서 제1절연층(330)의 상부는 편의상 도시하지 않았다. 이하에서는 실리콘 웨이퍼(320)를 이음매 없는 실리콘 기판으로도 칭한다.
실리콘 웨이퍼(320)의 하면으로부터 실리콘 웨이퍼(320) 및 제1절연층(330)을 건식식각하여 핀패드(334)를 노출시키는 비아홀(335)을 형성한다. 도 5b에는 두개의 핀패드(334)가 도시되었지만, 이는 단면도이기 때문이며, 실제로는 픽셀패드(332)에 대응되게 핀패드(334)가 형성되며, 각 핀패드(334)를 노출시킨다.
실리콘에 선택적으로 부착되는 절연층(336), 일 예로 실리콘 옥사이드층을 실리콘 웨이퍼(320)의 하면으로부터 형성한 후, 그 위와 노출된 핀패드(334) 위에 배리어층(337), 일 예로 Ti층을 형성하고, 이어서 그 위에 시드층(338), 일 예로 Cu층을 그 위에 형성한다.
비아 콘택을 형성할 영역을 노출되게 포토리지스트(미도시)를 형성한 후, 시드층(338) 위로 전기도금 방법으로 비아 콘택(339)을 형성한다. 포토리지스트를 제거한 후, 전면 식각으로 노출된 시드층(338) 및 배리어막(337)을 제거한다. 비아 콘택(339)은 Au, Al, 전기 전도성 메탈 또는 폴리머 등으로 형성될 수 있다.
도 5d를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(320)의 하부에 실리콘 옥사이드(미도시)를 형성한 후, 실리콘 옥사이드를 식각하여 비아 콘택(339)을 노출시킨다. 픽셀전극(350) 상의 제3절연층(355)을 제거한다. 도 5d에는 편의상 비아 콘택 하부의 시드층(338) 및 배리어막(337), 절연층(336)을 도시하지 않았다.
도 5e를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(320)을 커팅하여 도 2에서 보듯이 4각형상의 실리콘 웨이퍼(320)를 형성한다.
핀패드(334)와 대응되게 콘택들(312)이 형성된 인쇄회로기판(410)을 실리콘 웨이퍼(320)의 비아 콘택(339)과 범프(314)를 사용하여 전기적으로 연결시킨다. 그리고, 인쇄회로기판(310) 및 실리콘 웨이퍼(320) 사이에는 에폭시 수지(316)를 사용하여 그들을 고정시킨다.
도 5f를 참조하면, 제2절연층 상으로 픽셀전극(350)을 덮는 포토컨덕터층(360)과 공통전극(370)을 순차적으로 형성한다. 포토컨덕터층(360)은 비정질 셀레늄(amorphous selenium: a-Se), HgI2, PbI2, CdTe, CdZnTe, PbO 중 어느 하나의 물질로 스퍼터링 또는 전자빔 증착되어 형성될 수 있다. 포토컨덕터층(360)의 두께는 측정 대상에 따라서 달라질 수 있다. 일 예로, 포토컨덕터 물질이 HgI2인 경우, 가슴을 측정하는 경우 500-600 ㎛ 이며, 유방을 측정하는 경우 300-400 ㎛ 일 수 있다. 포토컨덕터 물질이 a-Se인 경우, 가슴을 측정하는 경우 900-1000 ㎛ 이며, 유방을 측정하는 경우 300-400 ㎛ 일 수 있다.
공통전극(370)은 알루미늄 또는 구리로 대략 수백 - 수천 Å 두께로 증착된다.
상기 일 실시예에 따른 제조방법은 웨이퍼 스케일의 칩 어레이를 사용하므로, 대면적으로 이음매 없는 영상의 구현을 용이하게 한다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 엑스선 검출기의 제조방법을 설명하는 도면이다. 전술한 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 6a를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(320) 상의 각 픽셀영역(도 1의 A, B)에서 중앙부에 형성된 픽셀패드들(332)과 가장자리에서 픽셀패드(332)를 둘러싸는 핀패드들(334)과 픽셀패드들(332) 및 핀패드들(334)을 둘러싸는 제1절연층(330)을 구비한 칩 어레이를 형성한다.
핀패드(334) 및 제1절연층을 관통하는 비아홀(412)을 형성한다. 비아홀(412)을 금속메탈(414)로 채운다.
도 6b를 참조하면, 제1절연층(330) 상으로 재배분층(340), 픽셀패드(350) 및 제3절연층(355)을 형성한다.
도 6c를 참조하면, 실리콘 웨이퍼(320)의 하면을 화학-기계 연마(chemical-mechanical polishing: CMP)하여 원하는 두께로 만든다. 도 6c에서 제1절연층(330)의 상부는 편의상 도시하지 않았다.
실리콘 웨이퍼(320)의 하면으로부터 실리콘 웨이퍼(320) 및 제1절연층(330)을 건식식각하여 핀패드(334)를 노출시키는 비아홀(435)을 형성한다. 실리콘에 선택적으로 부착되는 절연층(436), 일 예로 실리콘 옥사이드층을 실리콘 웨이퍼(320)의 하면으로부터 형성한 후, 그 위와 노출된 핀패드(334) 위에 배리어층(437), 일 예로 Ti층을 형성하고, 이어서 그 위에 시드층(438), 일 예로 Cu층을 그 위에 형성한다.
콘택을 형성할 영역을 노출되게 포토리지스트(미도시)를 형성한 후, 시드층(438) 위로 전기도금 방법으로 비아 콘택(439)을 형성한다. 포토리지스트를 제거한 후, 전면 식각으로 노출된 시드층(438) 및 배리어막(437)을 제거한다. 비아 콘택(439)은 Au, Al 등으로 형성될 수 있고, 비아 콘택(439)은 핀패드(412)을 관통하게 형성된 금속메탈(414)과 전기적으로 연결된다.
이하의 공정은 도 5d - 도 5f로부터 잘 알 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (24)

  1. 복수의 칩 영역이 일 면에 형성된 이음매 없는 실리콘 기판;
    상기 이음매 없는 실리콘 기판의 상기 일 면의 위로 형성된 포토 컨덕터 층;
    상기 이음매 없는 실리콘 기판의 상기 일 면과 상기 포토 컨덕터 층 사이에 형성된 복수의 픽셀 전극;
    상기 이음매 없는 실리콘 기판의 다른 일면과 대응되게 배치된 인쇄회로기판; 및
    상기 포토컨덕터 상에서 그 위로 방사선이 입사되는 공통 전극을 구비하고,
    상기 각각의 칩 영역은 복수의 픽셀 패드와 복수의 핀패드를 구비하는 엑스선 검출기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀 전극과 상기 복수의 픽셀 패드를 전기적으로 연결하는 재분배층을 더 구비하는 엑스선 검출기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 재분배층은 적어도 하나의 절연층과 상기 적어도 하나의 절연층을 관통하여 형성된 수직배선 및 수평배선을 구비하는 엑스선 검출기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 픽셀전극이 커버하는 면적이 상기 복수의 픽셀 패드가 커버하는 면적 보다 큰 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수의 핀패드는 상기 복수의 픽셀 패드을 둘러 싸게 배치되어 있고, 상기 복수의 핀패드와 상기 복수의 픽셀 패드는 전기적으로 연결 된 엑스선 검출기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이음매 없는 실리콘 기판에 형성된 복수의 비아홀과 상기 각각의 비아홀에 대응되게 형성된 비아 콘택을 더 구비 하고,
    상기 각각의 핀패드는 상기 비아 콘택을 통해 상기 인쇄회로기판에 전기적으로 연결되는 엑스선 검출기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비아 콘택과 상기 인쇄회로기판 사이에 배치되어 있는 범프를 더 구비 하고, 상기 범프는 상기 비아 콘택과 상기 인쇄회로기판을 전기적으로 연결하는 엑스선 검출기.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 이음매 없는 실리콘 기판에 형성된 복수의 비아홀과 상기 각각의 비아홀에 대응되게 형성된 비아 콘택을 더 구비 하고,
    상기 각각의 비아 콘택은 상기 각각의 핀패드를 관통하게 형성된 금속메탈과 전기적으로 연결되는 엑스선 검출기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 단일 인쇄회로기판으로 상기 복수 칩 영역과 대응되도록 배치된 엑스선 검출기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판은 복수의 인쇄회로기판으로 구비 되어 있으며, 상기 복수의 인쇄회로기판들은 상기 복수의 칩 영역과 일대일 대응되도록 배치된 엑스선 검출기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 이음매없는 실리콘 기판과 상기 인쇄회로기판 사이를 채운 수지를 더 구비한 엑스선 검출기.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 이음매없는 실리콘 기판은 단결정 실리콘으로 이루어진 엑스선 검출기.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 포토컨덕터는 비정질 셀레늄(amorphous selenium: a-Se), HgI2, PbI2, CdTe, CdZnTe, PbO 중 선택된 적어도 하나의 물질로 형성된 엑스선 검출기.
  14. 이음매 없는 실리콘 기판의 일면에 복수의 픽셀 패드와 핀패드를 구비하는 복수의 칩 영역을 형성하는 단계;
    상기 실리콘 기판의 타면에 상기 핀패드를 노출시키는 비아홀을 형성하는 단계;
    상기 실리콘 기판의 타면에 상기 비아홀을 통하여 상기 핀패드와 전기적으로 연결되도록 인쇄회로 기판을 본딩하는 단계; 및
    상기 픽셀패드와 전기적으로 연결된 픽셀전극, 포토컨덕터층 및 공통전극을 순차적으로 형성하는 단계;를 포함하는 엑스선 검출기의 제조방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 픽셀 패드를 상기 픽셀 전극으로 전기적으로 연결시키는 재분배층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 엑스선 검출기의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 재분배층을 형성하는 단계는,
    상기 픽셀 패드와 접촉하는 수직배선을 포함하는 제1절연층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 절연층 상으로 상기 복수의 픽셀패드를 확산시키는 수직배선 및 수평배선을 포함하는 제2 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 엑스선 검출기의 제조방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제1 절연층을 형성하는 단계는,
    절연층을 픽셀 패드상에 형성하는 단계;
    상기 절연층에 상기 픽셀패드와 연결되는 비아홀을 형성하는 단계; 및
    상기 비아홀을 메탈로 채워서 수직배선을 형성하는 단계로 이루어지는 엑스선 검출기 제조방법.
  18. 제 16 항에 잇어서,
    상기 제2 절연층을 형성하는 단계는.
    상기 제1 절연층의 수직배선과 연결되도록 수평배선을 형성하는 단계;
    상기 제1 절연층 및 수평배선 상에 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층에 상기 수평배선과 연결되는 비아홀을 형성하는 단계; 및
    상기 비아홀을 메탈로 채워서 수직배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 엑스선 검출기 제조방법.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판을 본딩하는 단계는 각각의 비아홀에 대응되게 형성된 비아 콘택을 형성한 후, 인쇄회로 기판을 본딩하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기 제조방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 비아 콘택 형성 후, 인쇄회로 기판 본딩 전, 범프를 형성하는 단계를 추가로 포함하여 상기 비아콘택과 상기 인쇄회로기판이 범프를 통하여 연결되는 엑스선 검출기의 제조방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 인쇄회로 기판은 상기 복수 칩 영역과 대응되는 단일 인쇄회로 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기의 제조방법.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 인쇄회로 기판은 상기 복수 칩 영역과 일대일 대응되어 배치되도록 복수의 인쇄회로 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기 제조방법.
  23. 제 14 항에 있어서,
    상기 이음매 없는 실리콘 기판으로 단결정 실리콘 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기 제조방법.
  24. 제 14 항에 있어서,
    상기 포토 컨덕터는 비정질 셀레늄, HgI2, PbI2, CdTe, CdZnTe, PbO 중 선택된 적어도 하나의 물질을 사용하는 것을 특징으로 하는 엑스선 검출기 제조방법.
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