KR101128723B1 - Image sensor with removed metal organic residue and method for fabrication thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 재 작업을 위한 칼라필터 제거 시 금속 유기 잔류물을 제거할 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 수광 소자가 형성된 하부 구조 상에 형성된 제1산화막과 상기 제1산화막 상에 형성된 질화막 및 상기 질화막 상에 형성된 제2산화막을 구비하는 보호막; 상기 보호막 상에 형성된 칼라필터; 및 상기 칼라필터 상에 형성된 마이크로렌즈를 포함하는 이미지센서를 제공한다.The present invention is to provide an image sensor and a method of manufacturing the same that can remove the metal organic residue when removing the color filter for rework, the present invention for this purpose, the first oxide film formed on the lower structure formed light receiving element And a protective film including a nitride film formed on the first oxide film and a second oxide film formed on the nitride film; A color filter formed on the protective film; And a micro lens formed on the color filter.
또한, 본 발명은, 기판 상에 제1산화막을 형성하는 단계; 상기 제1산화막 상에 질화막을 형성하는 단계; 상기 질화막 상에 제2산화막을 형성하는 단계; 상기 제2산화막 상에 칼라필터를 형성하는 단계; 재 작업을 위해 상기 칼라필터를 제거하는 단계-상기 칼라필터에 함유된 금속 원소와 유기기가 혼합된 금속 유기 잔류물이 잔류함; 및 상기 제2산화막을 제거하여 상기 금속 유기 잔류물을 동시에 제거하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
In addition, the present invention, forming a first oxide film on a substrate; Forming a nitride film on the first oxide film; Forming a second oxide film on the nitride film; Forming a color filter on the second oxide film; Removing the color filter for rework—remaining a metal organic residue mixed with an organic group and a metal element contained in the color filter; And simultaneously removing the metal organic residue by removing the second oxide layer.
이미지센서, 칼라필터, 금속 유기 잔류물, O2, 레지스트, 재 작업, DHF, BOE.Image sensor, color filter, metal organic residue, O2, resist, rework, DHF, BOE.
Description
도 1은 칼라필터 재 작업을 위한 칼라필터의 제거시 칼라필터 내에 함유된 금속성 원소에 의한 금속 유기 잔류물을 도시한 사진.1 is a photograph showing metal organic residues by metallic elements contained in a color filter upon removal of the color filter for color filter rework.
도 2는 도 1를 확대 도시한 사진.FIG. 2 is an enlarged photograph of FIG. 1. FIG.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도.3 is a cross-sectional view schematically showing an image sensor according to an embodiment of the present invention.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 형성을 위한 칼라필터 재 작업 공정을 도시한 단면도.
4A to 4D are cross-sectional views illustrating a color filter rework process for forming an image sensor according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
300 : 기판 301 : 금속배선300: substrate 301: metal wiring
302 : 제1산화막 303 : 질화막302: first oxide film 303: nitride film
304 : 제2산화막 PL : 보호막304: second oxide film PL: protective film
305 : OCL1 306 : 칼라필터305: OCL1 306: color filter
307 : OCL2 308 : 마이크로렌즈
307: OCL2 308: microlens
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 칼라필터의 재 작업시 금속 유기 잔류물(Metal-organic residue)를 효과적으로 제거할 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor capable of effectively removing metal-organic residues upon rework of a color filter and a method of manufacturing the same.
이미지센서는 광학 영상(Optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자이며, 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)와 CMOS(Complementary MOS; 이하 CMOS) 이미지센서 등이 이에 속한다.An image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and includes a charge coupled device (CCD) and a complementary MOS (CMOS) image sensor.
CCD는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이다. A CCD is a device in which charge carriers are stored and transported in a capacitor while individual metal-oxide-silicon (MOS) capacitors are in close proximity to each other.
반면, CMOS 이미지센서는 제어회로(Control circuit) 및 신호처리회로(Signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.CMOS image sensors, on the other hand, use CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits to make MOS transistors as many as the number of pixels, and to sequentially detect the output using them. A device employing a switching system.
CMOS 이미지센서는 높은 집적도 및 낮은 구동 전압 등의 장점에 의해 현재 휴대용 촬상 장치 등에 광범위하게 사용된다.CMOS image sensors are widely used in portable imaging devices and the like due to their high integration and low driving voltage.
칼라필터는 CMOS 이미지센서를 이루는 구성 요소로서, 원하는 색상을 선별해내는 역할을 한다.The color filter is a component of the CMOS image sensor, and serves to select a desired color.
하기의 표 1은 칼라필터용 레지스트에 함유된 금속 원소의 농도를 비교 도시 한다.Table 1 below shows a comparison of the concentration of metal elements contained in the color filter resist.
이미지센서는 빛의 3원소인 R,G,B의 칼라필터를 필요로 한다. 이 칼라필터에는 주기율표상 전이 금속 원소(Transition metals)들이 다량 포함된다. 금속 전이 원소는 원자 핵 주위의 전자 궤도에서 전자를 채우는 순서인 3d와 4s의 궤도에서 에너지가 더 낮은 상태인 3d에 순서대로 채워지지 않고, 보다 높은 에너지 준위인 4s 궤도에 채워지는 원소들이다.The image sensor requires color filters of R, G, and B, three elements of light. This color filter contains a large amount of transition metals on the periodic table. Metal transition elements are elements that are not filled in order in 3d, the order of filling electrons in the electron orbit around the atomic nucleus, and in the order of 4s, the higher energy level.
그 대표적인 예가 Cu, Fe, Zn 등으로서, 3d와 4s의 궤도인 4f와 5s의 사이에도 벌어지는 현상들이다. 이 중에서 Cu의 함량이 일반적으로 가장 많으며, 많을 경우 0.4% 정도까지 이르기도 한다.Representative examples are Cu, Fe, Zn, and the like, which occur between 4f and 5s, which are orbits of 3d and 4s. Among these, the content of Cu is generally the highest, and in many cases, may reach up to about 0.4%.
도 1은 칼라필터 재 작업을 위한 칼라필터의 제거시 칼라필터 내에 함유된 금속성 원소에 의한 금속 유기 잔류물을 도시한 사진이며, 도 2는 도 1를 확대 도시한 사진이다.FIG. 1 is a photograph showing a metal organic residue by metallic elements contained in a color filter upon removal of a color filter for reworking a color filter, and FIG. 2 is an enlarged view of FIG.
칼라필터의 형성 도중 코팅(Coating) 불량, 디포커싱(Defocusing) 등의 리소그라피(Lithography) 작업의 오류로 인한 재 작업 등은 반드시 필요한 공정 중 하 나이다. During the formation of the color filter, rework due to a lithography operation such as poor coating or defocusing is one of the necessary processes.
재 작업을 위해서는 칼라필터를 제거해야 하며, 칼라필터는 레지스트를 함유하므로 제거 시에는 O2 플라즈마 등을 사용한다.The color filter must be removed for rework. Since the color filter contains a resist, use an O 2 plasma.
한편, 칼라필터에는 전술한 전이 금속 원소 이외에 Ba, Al, Si 등의 금속 또는 준금속 원소들도 포함하고 있는 바, O2, N2, H2 등의 레지스트 제거 조건으로는 금속 유기 잔류물이 제거되지 않고, 도 1 및 도 2에 도시된 'X'와 같이 칼라필터 제거 후 잔류하게 된다.On the other hand, the color filter includes metals or metalloids such as Ba, Al, and Si in addition to the above-described transition metal elements. As a result of removing resists such as O 2 , N 2 , and H 2 , metal organic residues may be present. It is not removed and remains after the color filter is removed as shown in FIGS. 1 and 2.
이러한 금속 유기 잔류물은 이미지센서의 광 특성에 치명적인 결함을 만들게 된다.
These metal organic residues create fatal defects in the optical properties of the image sensor.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 재 작업을 위한 칼라필터 제거 시 금속 유기 잔류물을 제거할 수 있는 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention proposed to solve the problems of the prior art as described above, an object thereof is to provide an image sensor and a method of manufacturing the same that can remove the metal organic residue when removing the color filter for rework.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 수광 소자가 형성된 하부 구조 상에 형성된 제1산화막과 상기 제1산화막 상에 형성된 질화막 및 상기 질화막 상에 형성된 제2산화막을 구비하는 보호막; 상기 보호막 상에 형성된 칼라필터; 및 상기 칼라필터 상에 형성된 마이크로렌즈를 포함하는 이미지센서를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention, a protective film having a first oxide film formed on the lower structure on which the light receiving element is formed, a nitride film formed on the first oxide film and a second oxide film formed on the nitride film; A color filter formed on the protective film; And a micro lens formed on the color filter.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 기판 상에 제1산화막을 형성하는 단계; 상기 제1산화막 상에 질화막을 형성하는 단계; 상기 질화막 상에 제2산화막을 형성하는 단계; 상기 제2산화막 상에 칼라필터를 형성하는 단계; 재 작업을 위해 상기 칼라필터를 제거하는 단계-상기 칼라필터에 함유된 금속 원소와 유기기가 혼합된 금속 유기 잔류물이 잔류함; 및 상기 제2산화막을 제거하여 상기 금속 유기 잔류물을 동시에 제거하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조 방법을 제공한다.
In addition, to achieve the above object, the present invention, forming a first oxide film on a substrate; Forming a nitride film on the first oxide film; Forming a second oxide film on the nitride film; Forming a color filter on the second oxide film; Removing the color filter for rework—remaining a metal organic residue mixed with an organic group and a metal element contained in the color filter; And simultaneously removing the metal organic residue by removing the second oxide layer.
본 발명은 질화막/산화막 구조의 보호막을 제2산화막/질화막/제1산화막의 구조가 되도록 한다. 이 때, 제2산화막은 광 투과 특성에 영향을 미치지 않을 정도로 얇은 두께로 형성한다. 따라서, 재 작업이 필요하지 않아 제2산화막이 잔류하여도 광 투과 특성을 열화시키지 않는다.The present invention allows the protective film of the nitride film / oxide film structure to have the structure of the second oxide film / nitride film / first oxide film. At this time, the second oxide film is formed to a thickness so thin as not to affect the light transmission characteristics. Therefore, no rework is required, so that even if the second oxide film remains, the light transmitting characteristic is not deteriorated.
칼라필터 형성시 포토리소그라피 공정에서 불량이 발생하여 재 작업이 필요할 경우에는 칼라필터 제거 시 금속 유기 잔류물이 남아 있게 되며, 이 때 제2산화막 만을 제거함으로써 금속 유기 잔류물을 리프트 오프(Lift-off) 방식으로 근본적으로 제거할 수 있다.
When the color filter is formed and defects are generated in the photolithography process and rework is necessary, metal organic residues remain when the color filter is removed. Can be eliminated fundamentally.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명 의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.3 is a cross-sectional view schematically showing an image sensor according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 포토다이오드 등의 수광 소자 및 리셋 트랜지스터와 트랜스퍼 트랜지스터 등의 구동용 트랜지스터 및 로직을 위한 단위 소자 등의 이미지센서를 이루기 위한 여러 요소가 형성된 기판(300)이 준비되어 있다. 기판(300) 상부에는 금속배선(301)이 형성되어 있다. 금속배선(301)은 복수의 적층 구조를 이루고 있으며. 각 금속배선(301)의 사이 및 하부에는 금속배선(301) 형성 전 절연막(Pre-Metal Dielectric; 이하 PMD라 함)과 금속배선 간 절연막(Inter-Metal Dielectric) 등이 형성되어 있으나, 도면의 간략화를 위해 생략한다.Referring to FIG. 3, a
금속배선(301) 상에는 제2산화막(304)/질화막(303)/제1산화막(302)의 적층 구조를 이루는 보호막(PL)이 형성되어 있다.On the
보호막(PL) 상에는 OCL1(305)이 형성되어 있으며, OCL1(305) 상에는 칼라필터(306)가 형성되어 있다. 칼라필터(306) 상에는 OCL2(307)가 형성되어 있으며, OCL2(307) 상에는 마이크로렌즈(308)가 형성되어 있다.The
보호막(PL)은 후속 공정에 의한 금속배선(301)의 특성 열화를 방지하기 위한 것이다. 제1산화막(302)은 500Å ～ 5000Å의 두께로 형성하며, 질화막(303)은 200Å ～ 2000Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.The passivation layer PL is to prevent deterioration of characteristics of the
아울러, 칼라필터 형성시 발생된 불량을 개선하기 위해 실시하는 재 작업 시 칼라필터 제거 후 잔류하는 금속 유기 잔류물을 제2산화막(304) 제거시 동시에 제 거함으로써, 금속 유기 잔류물을 거의 완벽하게 제거하기 위해 사용하는 것이다. 따라서, 재작업이 필요 없더라도 제2산화막(304)이 잔류함으로 인한 광 투과 특성 열화를 방지하기 위해 5Å ～ 100Å의 두께로 최대한 얇게 형성하는 것이 바람직하다.In addition, by removing the metal organic residue remaining after the color filter removal at the time of removing the
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 형성을 위한 칼라필터 재 작업 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 본 발명의 이미지센서 제조 공정을 살펴본다.4A to 4D are cross-sectional views illustrating a color filter rework process for forming an image sensor according to an embodiment of the present invention, and look at the image sensor manufacturing process of the present invention with reference to this.
먼저, 도 4a에 도시된 바와 같이, 포토다이오드 등의 수광 소자 및 리셋 트랜지스터와 트랜스퍼 트랜지스터 등의 구동용 트랜지스터 및 로직을 위한 단위 소자 등의 이미지센서를 이루기 위한 여러 요소가 형성된 기판(400) 상부에 금속배선(401)을 형성한다.First, as illustrated in FIG. 4A, a light receiving element such as a photodiode, a driving transistor such as a reset transistor and a transfer transistor, and various elements for forming an image sensor such as a unit element for logic are formed on the
이어서, 금속배선(401) 상에 보호막으로 제1산화막(402)과 질화막(403)을 차례로 형성한다. 보호막은 후속 공정에 의한 금속배선(401)의 특성 열화를 방지하기 위한 것이다.Subsequently, a
이 때, 제1산화막(402)은 500Å ～ 5000Å의 두께로 형성하며, 질화막(403)은 2000Å ～ 20000Å의 두께로 형성하는 것이 바람직하다.At this time, the
이어서, 질화막(403) 상에 제2산화막(404)을 형성한다.Next, a
따라서, 제2산화막(404)/질화막(403)/제1산화막(402)의 적층 구조를 이루는 보호막(PL)이 형성되어 있다.Therefore, the protective film PL which forms the laminated structure of the
보호막(PL)은 후속 공정에 의한 금속배선(401)의 특성 열화를 방지하기 위한 것이다. The passivation layer PL is to prevent deterioration of characteristics of the
칼라필터 형성시 발생된 불량을 개선하기 위해 실시하는 재 작업 시 칼라필터 제거 후 잔류하는 금속 유기 잔류물을 제2산화막(404) 제거시 동시에 제거함으로써, 금속 유기 잔류물을 거의 완벽하게 제거하기 위해 사용하는 것이다. 따라서, 재작업이 필요 없더라도 제2산화막(404)이 잔류함으로 인한 광 투과 특성 열화를 방지하기 위해 5Å ～ 100Å의 두께로 최대한 얇게 형성하는 것이 바람직하다.To remove the metal organic residue almost completely by simultaneously removing the metal organic residue remaining after the color filter removal when the
이어서, 제2산화막(404) 상에 후속 칼라필터 형성을 위한 포토리소그라피 공정시 공정 마진을 확보하기 위해 막 평탄성이 우수한 OCL(405)을 형성한다. Subsequently, an
이어서, OCL(405) 상에 칼라필터 형성을 위한 레지스트를 코팅하고, 패터닝하여 칼라필터(406)를 형성한다.Subsequently, a resist for color filter formation is coated on the
이 때, 레지스트의 코팅 불량이나, 노광 시의 디포커싱 또는 현상 시의 문제 등으로 인해 도면부호 '406a'와 같이 칼라필터(406)에 불량이 발생하게 된다.At this time, a defect occurs in the
따라서, 재 작업을 위해서는 불량이 발생한 칼라필터(406)를 제거해야 한다.Therefore, in order to rework, it is necessary to remove the
도 4b에 도시된 바와 같이, O2 플라즈마를 이용하여 칼라필터(406)를 제거한다. 이 때, 레지스트로 이루어진 칼라필터(406)는 제거되고, 칼라필터에 함유된 금속 원소와 유기기가 혼합된 금속 유기 잔류물(407)이 남게 된다.As shown in FIG. 4B, the
칼라필터(406) 제거시 OCL(405)도 같이 제거한다.When the
이어서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 도면부호 '408'과 같이 제2산화막(404)을 제거함으로써, 금속 유기 잔류물(407)을 제거한다.
Subsequently, as shown in FIG. 4C, the
이 때, 산화막에 대한 식각률이 높은 BOE(Buffered Oxide Etchant)나 DHF(Diluted HF) 즉 희석된 HF를 사용한 습식 식각 공정을 적용한다.In this case, a wet etching process using BOE (Buffered Oxide Etchant) or DHF (Diluted HF), that is, diluted HF, having a high etching rate for an oxide layer is applied.
BOE와 DHF는 질화막(403)과 제2산화막(404)에 대한 높은 식각선택비를 가지므로 질화막(403)에 대한 어택이 없이 제2산화막(404)만 선택적으로 제거가 가능하다.Since the BOE and the DHF have a high etching selectivity with respect to the
제2산화막(404)이 제거됨에 따라 금속 유기 잔류물(407)도 동시에 제거된다.As the
이어서, 도 4d에 도시된 바와 같이, 질화막(403) 상에 OCL(409)을 형성한 다음, 칼라필터(410)와 마이크로렌즈(411)를 형성한다.
Subsequently, as shown in FIG. 4D, the
전술한 바와 같이 이루어지는 본 발명은, 재 작업을 위한 칼라필터 제거 시, 칼라필터에 함유된 금속과 유기기가 혼합되어 잔류하는 잔류물을 제2산화막 제거시 쉽게 제거할 수 있으므로 금속 유기 잔류물이 잔류하는 것을 원천적으로 방지할 수 있다.According to the present invention made as described above, the metal organic residue remains because the residue remaining by mixing the metal and the organic group contained in the color filter when the color filter for rework is removed can be easily removed during the removal of the second oxide film. It can be prevented at source.
따라서, 광 경로 상에서 금속 유기 잔류물을 제거함으로써, 광 산란을 없애고 광 전달 특성을 증가시킬 수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.
Thus, the examples have shown that by removing the metal organic residue on the optical path, it is possible to eliminate the light scattering and increase the light transmission characteristics.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은, 광 산란을 없애고 광 전달 특성을 증가시켜 이미지센서의 광 신뢰성을 높이는 효과가 있다.The present invention described above has the effect of increasing the light reliability of the image sensor by eliminating light scattering and increasing light transmission characteristics.
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| KR20000045482A (en) * | 1998-12-30 | 2000-07-15 | 김영환 | Etching method of semiconductor device |
| KR20040060584A (en) * | 2002-12-30 | 2004-07-06 | 주식회사 하이닉스반도체 | Cmos image sensor |
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-
2004
- 2004-07-29 KR KR1020040059487A patent/KR101128723B1/en not_active IP Right Cessation
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