KR100447986B1 - Manufacturing method of color filter of optical sensing element - Google Patents

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Abstract

광감지 소자의 금속 패드를 오픈시키기 전 칼라 필터 패터닝을 완료하고, 칼라 필터 패턴을 덮는 포토 레지스트를 도포한후, 일반적인 포토 마스크 공정을 실시한다. 즉, 패드 오픈 공정시 종래에 사용되던 하드 베이크 공정을 생략하고 포토 레지스트막의 제거시 O2플라즈마 공정을 실시하지 않는다. 따라서, 패드 상부에 포토 레지스트 염료의 잔류물이 남는 것을 방지하면서, 칼라 필터 패턴의 색특성의 변화를 방지할 수 있다.The color filter patterning is completed before opening the metal pad of the photosensitive device, the photoresist covering the color filter pattern is applied, and then a general photo mask process is performed. That is, the hard bake process, which is conventionally used in the pad opening process, is omitted, and the O 2 plasma process is not performed when the photoresist film is removed. Therefore, it is possible to prevent the change of the color characteristics of the color filter pattern while preventing the residue of the photoresist dye from remaining on the pad.

Description

광감지 소자의 칼라 필터의 제조 방법Manufacturing method of color filter of light sensing element

본 발명은 반도체 장치의 칼러 필터 제조 방법에 관한 것이다. TECHNICAL FIELD This invention relates to the manufacturing method of the color filter of a semiconductor device.

도 1은 종래 기술에 따라 제조된 칼라 필터의 단면도이다. 실리콘 기판(11)위에 소자간의 전기적 절연을 위한 소자 분리막(12)을 형성한다. 다음, 수광 소자의 광감지 영역을 포함하는 단위 픽셀(13)들을 소자 분리막(12) 사이에 형성한다. 이후, 층간 절연막과 금속층으로 구성된 패드 부분(14)을 형성한다. 이후 기판 전면에 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 보호막(15)을 형성하고, 배선 접합시 소자간의 전기적 연결을 위해 패드 마스크, 패드 식각, 패드 포토레지스트 제거 공정들을 실시하여 패드 부분(14)의 표면이 노출되게 한다. 이때 패드의 식각 속도는 질화막의 경우 9000Å/분 정도이며, 산화막의 경우는 7000Å/분 정도로써 매우 빠르다. 이후 컬러 필터 형성 공정을 실시한다. 먼저 레드 포토레지스트를 보호막(15) 상면에 도포한다. 다음 레드 마스크를 사용하여 노광과 현상을 실시함으로써 레드 칼라 패턴(16)을 완성한다. 동일한 방법으로, 그린 포토레지스트를 도포하고 그린 마스크를 사용하여 노광과 현상을 실시함으로써 그린 칼라 패턴(17)을 완성한다. 이후 블루 포토레지스트를 도포하고 블루 마스크를 사용하여 노광과 현상을 실시하여 블루 칼라 패턴(18)을 형성한다.1 is a cross-sectional view of a color filter made according to the prior art. An isolation layer 12 is formed on the silicon substrate 11 for electrical insulation between the elements. Next, unit pixels 13 including the light sensing region of the light receiving device are formed between the device isolation layers 12. Thereafter, a pad portion 14 composed of an interlayer insulating film and a metal layer is formed. Thereafter, a protective film 15 is formed on the entire surface of the substrate to protect the device from moisture or scratches, and a pad mask, a pad etch, and a pad photoresist removing process are performed to electrically connect the devices during wiring bonding. Let the surface be exposed. At this time, the etching rate of the pad is about 9000 kW / min for the nitride film and about 7000 kW / minute for the oxide film, which is very fast. Thereafter, a color filter forming process is performed. First, a red photoresist is applied to the upper surface of the protective film 15. Next, the red color pattern 16 is completed by performing exposure and development using a red mask. In the same manner, the green color pattern 17 is completed by applying a green photoresist and performing exposure and development using a green mask. Thereafter, a blue photoresist is applied and a blue color pattern 18 is formed by performing exposure and development using a blue mask.

그런데, 패드 부분(14)이 칼라 필터 패턴(16, 17, 18)이 형성되기 이전에 노출되어 단차가 발생하므로, 세 개의 칼라 필터를 형성하기 위해 포토레지스트 염료의 도포 및 현상 공정 중, 단차가 낮은 패드 부분의 금속층(14) 위에 레드, 그린 및 블루의 포토레지스트 염료의 잔류물(19)이 남게된다. 왜냐하면, 단차가 없는 부분에 비해 단차가 있는 부분에 포토레지스트 염료가 두껍게 도포되므로, 포토레지스트 염료의 노광 및 현상 공정 이후에도 패드 부분(14) 상면에는 포토레지스트 염료의 잔류물(19)이 생긴다. 이런 잔류물(19)은 이후의 배선 접합시에 광감지 소자와 배선층간의 전기적인 접촉을 곤란하게 하며, 이로인해 제품의 수율이 저하된다.However, since the pad portion 14 is exposed before the color filter patterns 16, 17, and 18 are formed, a step is generated, so that the step is different during the application and development of the photoresist dye to form three color filters. Residues 19 of red, green and blue photoresist dye are left on the metal layer 14 of the lower pad portion. Because the photoresist dye is thickly applied to the stepped portion as compared to the stepped portion, the residue 19 of the photoresist dye is formed on the upper surface of the pad portion 14 even after the exposure and development process of the photoresist dye. This residue 19 makes it difficult to make electrical contact between the photosensitive element and the wiring layer at the time of subsequent wiring bonding, thereby lowering the yield of the product.

한편, 칼라 필터 패턴 제조 공정을 패드 부분(14)을 형성하기 이전에 실시하는 방법이 있다. 그런데, 패드 마스크의 현상 공정 진행시 칼라 필터 패턴이 열화될 수 있고, 패드 식각시 비교적 고온의 하드 베이크 공정을 진행하므로 이 공정 중 칼라 필터 패턴의 색특성이 바뀔 수 있다. 또한 패드 포토레지스트 제거시 O2 플라즈마에 의해 칼라 필터 패턴이 심하게 열화된다.On the other hand, there is a method of performing the color filter pattern manufacturing process before forming the pad part 14. However, the color filter pattern may be deteriorated during the development process of the pad mask, and the color characteristics of the color filter pattern may be changed during this process because the hard bake process is performed at a relatively high temperature during the pad etching. In addition, when the pad photoresist is removed, the color filter pattern is severely degraded by the O 2 plasma.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점들을 해결할 수 있는 칼라 필터의 제조 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for producing a color filter which can solve the above problems.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 금속층이 형성된 기판 전면에 보호막을 형성하는 단계; 상기 보호막 상면에 제 1 내지 제 3 칼라 필터 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 내지 제 3 칼라 패턴들을 덮는 포토 레지스트를 상기 기판 전면에형성하는 단계; 소정의 레티클을 사용하여, 상기 포토 레지스트를 노광/현상하여 상기 금속층 상부의 보호막을 노출시키는 단계; 소정 부분이 현상된 포토 레지스트를 이용하여, 상기 금속층 상부의 상기 보호막을 4000Å/분의 식각 속도로 식각하여 상기 금속층을 노출시키는 단계; 및 잔존하는 포토 레지스트막을 전면 노광하고현상하여 제 1 내지 제 3 칼라 패턴들을 노출시키는 단계를 포함하며, 상기 제 1 내지 제 3 칼라 필터 패턴을 형성하는 단계는, 상기 보호막 상면에 제 1 포토 레지스트를 도포하고 하기 제 1 마스크를 이용하여 노광 및 현성하여 제 1 칼라 필터 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 1 칼라 필터 패턴을 경화시키는 단계; 상기 제 1 칼라 필터 패턴이 형성된 상기 보호막 상면에 제 2 포토 레지스트를 도포하고 노광/현상하여 제 2 칼라 필터 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 2 칼라 필터 패턴을 경화시키는 단계; 상기 제 1 칼라 필터 패턴 및 상기 제 2 칼라 필터 패턴이 형성된 상기 보호막 상면에 제 3 포토 레지스트를 도포하고 노광/현상하여 제 3 칼라 필터 패턴을 형성하는 단계; 상기 제 3 칼라 필터 패턴을 경화시키는 단계를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention comprises the steps of forming a protective film on the entire surface of the substrate on which the metal layer is formed; Forming first to third color filter patterns on the passivation layer; Forming a photoresist on the entire surface of the substrate, the photoresist covering the first to third color patterns; Exposing / developing the photoresist using a predetermined reticle to expose a protective film over the metal layer; Exposing the metal layer by etching the passivation layer on the metal layer at an etching rate of 4000 kV / min using a photoresist in which a predetermined portion is developed; And exposing and developing the remaining photoresist film to expose first to third color patterns, wherein forming the first to third color filter patterns comprises: applying a first photoresist to an upper surface of the passivation layer; Applying and exposing and developing using a first mask to form a first color filter pattern; Curing the first color filter pattern; Applying a second photoresist to the upper surface of the passivation layer on which the first color filter pattern is formed and exposing / developing a second color filter pattern; Curing the second color filter pattern; Forming a third color filter pattern by applying a third photoresist and exposing / developing a third photoresist on an upper surface of the passivation layer on which the first color filter pattern and the second color filter pattern are formed; Curing the third color filter pattern.

이하 도 2a 내지 도 2d를 참조로 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2A to 2D.

도 2a에서, 실리콘 기판(21)에 소자 분리막(22)과 수광 소자의 광감지 영역을 포함하는 단위 픽셀(23)을 형성한다. 이후, 절연막과 금속층(24)을 순차적으로 형성한다. 다음, 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 보호막(25)을 기판 전면에 도포한다.In FIG. 2A, the unit pixel 23 including the device isolation layer 22 and the light sensing region of the light receiving device is formed on the silicon substrate 21. Thereafter, the insulating film and the metal layer 24 are sequentially formed. Next, a protective film 25 for protecting the device from moisture or scratches is applied to the entire surface of the substrate.

다음 보호막(25) 상면에 칼라 필터를 형성한다. 먼저 보호막(25) 상면에 레드 포토 레지스트를 도포한 후 레드 마스크를 사용하여 노광과 현상 공정을 실시하여, 레드 칼라 패턴(26)을 형성한다. 레드 칼라 패턴(26)이 이후의 현상 공정시 열화되지 않도록 약 100℃의 열공정으로 경화시킨다. 다음, 그린 포토 레지스트를 보호막(25) 상면에 도포하고 그린 마스크를 이용하여 노광과 현상 공정을 실시하여 그린 칼라 패턴(27)을 형성한다. 그린 칼라 패턴(27)도 이후의 현상 공정시 열화되지 않도록 약 100℃의 열공정으로 경화시킨다. 같은 방법으로, 블루 칼라 패턴(28)을 형성하고 경화시킨다. 다음, 상기 레드 칼라 패턴(26), 그린 칼라 패턴(27) 및 블루 칼라 패턴(28)을 완전하게 덮을 정도로 포토 레지스트(29)을 기판 전면에 도포한다. 다음, 포토 레지스트 레티클(30)을 사용하여 상기 금속층(24) 상부에 위치하는 포토 레지스트(29)를 노광/현상하여 상기 패드 금속층(24) 상부의 보호막(25)을 노출시킨다.Next, a color filter is formed on the upper surface of the protective film 25. First, a red photoresist is applied to the upper surface of the protective film 25, and then a red color pattern 26 is formed by performing exposure and development processes using a red mask. The red color pattern 26 is cured by a thermal process of about 100 ° C. so as not to deteriorate in a subsequent development process. Next, the green photoresist is applied to the upper surface of the protective film 25, and the green color pattern 27 is formed by performing exposure and development processes using a green mask. The green color pattern 27 is also cured by a thermal process of about 100 ° C. so as not to deteriorate during the subsequent development process. In the same way, the blue color pattern 28 is formed and cured. Next, the photoresist 29 is applied to the entire surface of the substrate so as to completely cover the red color pattern 26, the green color pattern 27, and the blue color pattern 28. Next, the photoresist 29 positioned on the metal layer 24 is exposed / developed using the photoresist reticle 30 to expose the protective layer 25 on the pad metal layer 24.

도 2b에서, 상기 보호막을 식각하여 상기 패드 금속층(24)을 노출시킨다. 구체적으로, 통상 실시하는 하드 베이크 공정 없이도 식각 속도를 충분히 낮추면 포토 레지스트(29a)의 이탈 없이 상기 보호막(25a)을 제거할 수 있다. 상기 식각 속도는 포토 레지스트의 두께등에 따라 달라 질수 있다.In FIG. 2B, the protective layer is etched to expose the pad metal layer 24. Specifically, when the etching rate is sufficiently lowered without a hard bake process, the protective layer 25a may be removed without leaving the photoresist 29a. The etching rate may vary depending on the thickness of the photoresist.

도 2c에서, 상기 보호막(25a)의 식각시 포토 레지스트(29a)가 열처리 되지 않았으므로, 포토 레지스트(29a)는 그의 성질을 그대로 유지한다. 따라서, 상기 포토 레지스트막(29a)의 전면 노광/현상이 가능하다.In FIG. 2C, since the photoresist 29a is not heat-treated during the etching of the protective film 25a, the photoresist 29a maintains its properties. Therefore, the entire surface exposure / development of the photoresist film 29a is possible.

도 2d에서, 상기 포토 레지스트막(29a)의 전면 노광/현상에 의해 레드 칼라 패턴(26), 그린 칼라 패턴(27) 및 블루 칼라 패턴(28)이 노출된다.In FIG. 2D, the red color pattern 26, the green color pattern 27, and the blue color pattern 28 are exposed by the entire surface exposure / development of the photoresist film 29a.

본 발명에서는 칼라 패턴들(26, 27, 28)이 금속층(24)의 노출되기 이전에 형성되므로, 패드 금속층(24) 상부에 레드 포토레지스트, 그린 포토 레지스트 및/또는 블루 포토 레지스트 잔류물이 남지 않는다. 또한, 보호막을 식각하여 금속층을 노출시킬 때, 열공정이 추가되지 않으며 포토 레지스트막의 제거시 O2플라즈마를 사용하지 않고 전면 노광/현상하므로, 칼라 필터의 색특성을 변화가 생기지 않는다.In the present invention, since the color patterns 26, 27, 28 are formed before the metal layer 24 is exposed, no red photoresist, green photoresist and / or blue photoresist residues remain on the pad metal layer 24. Do not. In addition, when the protective film is etched to expose the metal layer, no thermal process is added and when the photoresist film is removed, since the entire surface is exposed / developed without using O 2 plasma, the color characteristic of the color filter does not change.

도 1은 종래 기술에 따라 제조된 칼라 필터의 단면도.1 is a cross-sectional view of a color filter made according to the prior art.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명에 따른 칼라 필터의 제조 방법을 나타내는 단면도들.2A to 2D are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a color filter according to the present invention.

Claims (2)

금속층이 형성된 기판 전면에 보호막을 형성하는 단계;Forming a protective film on the entire surface of the substrate on which the metal layer is formed; 상기 보호막 상면에 제 1 내지 제 3 칼라 필터 패턴을 형성하는 단계;Forming first to third color filter patterns on the passivation layer; 상기 제 1 내지 제 3 칼라 패턴들을 덮는 포토 레지스트를 상기 기판 전면에 형성하는 단계;Forming a photoresist on the entire surface of the substrate, the photoresist covering the first to third color patterns; 소정의 레티클을 사용하여, 상기 포토 레지스트를 노광/현상하여 상기 금속층 상부의 보호막을 노출시키는 단계;Exposing / developing the photoresist using a predetermined reticle to expose a protective film over the metal layer; 소정 부분이 현상된 포토 레지스트를 이용하여, 상기 금속층 상부의 상기 보호막을 4000Å/분의 식각 속도로 식각하여 상기 금속층을 노출시킨키는 단계; 및Exposing the metal layer by etching the protective film on the metal layer at an etching rate of 4000 kV / min using a photoresist in which a predetermined portion is developed; And 잔존하는 포토 레지스트막을 전면 노광하고 현상하여 제 1 내지 제 3 칼라 패턴들을 노출시키는 단계를 포함하며,Exposing and developing the remaining photoresist film to expose the first to third color patterns, 상기 제 1 내지 제 3 칼라 필터 패턴을 형성하는 단계는,Forming the first to third color filter patterns, 상기 보호막 상면에 제 1 포토 레지스트를 도포하고 하고 제 1 마스크를 이용하여 노광 및 현상하여 제 1 칼라 필터 패턴을 형성하는 단계;Applying a first photoresist on the passivation layer and exposing and developing using a first mask to form a first color filter pattern; 상기 제 1 칼라 필터 패턴을 경화시키는 단계;Curing the first color filter pattern; 상기 제 1 칼라 필터 패턴이 형성된 상기 보호막 상면에 제 2 포토 레지스트를 도포하고 노광/현상하여 제 2 칼라 필터 패턴을 형성하는 단계;Applying a second photoresist to the upper surface of the passivation layer on which the first color filter pattern is formed and exposing / developing a second color filter pattern; 상기 제 2 칼라 필터 패턴을 경화시키는 단계;Curing the second color filter pattern; 상기 제 1 칼라 필터 패턴 및 상기 제 2 칼라 필터 패턴이 형성된 상기 보호막 상면에 제 3 포토 레지스트를 도포하고 노광/현상하여 제 2 칼라 필터 패턴을 형성하는 단계;Forming a second color filter pattern by applying a third photoresist on an upper surface of the passivation layer on which the first color filter pattern and the second color filter pattern are formed and exposing / developing the second color filter pattern; 상기 제 3 칼라 필터 패턴을 경화시키는 단계를 구비하는 칼라 필터의 제조 방법.And curing the third color filter pattern. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 내지 제 3 칼라 필터 패턴은 각각 레드 칼라 패턴, 그린 칼라 패턴 및 블루 칼라 패턴인 것을 특징으로 하는 칼라 필터 제조 방법.The method of claim 1, wherein the first to third color filter patterns are a red color pattern, a green color pattern, and a blue color pattern, respectively.
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