KR100489351B1 - 평탄화 공정이 적용된 보호막을 갖는 이미지센서 제조방법 - Google Patents
평탄화 공정이 적용된 보호막을 갖는 이미지센서 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 패드 오픈부 내에 칼라필터 잔류물을 남기지 않아 와이어본딩 불량을 방지하고, 평탄화가 우수한 보호막을 형성하여 칼라필터어레이의 플로파일 불량에 따른 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 이를 위한 본 발명의 이미지센서 제조방법은, 이미지센서 제조방법에 있어서, 관련된 소자들과 금속배선이 완료된 웨이퍼를 준비하는 제1단계; 상기 웨이퍼 상에 보호막을 형성하는 제2단계; 선택적으로 상기 보호막을 식각하여 패드 오픈부를 형성하는 제3단계; 상기 제3단계가 완료된 결과물전면에 금속층을 형성하는 제4단계; 상기 보호막이 드러나도록 상기 금속층을 화학적기계적연마하여 상기 패드오픈부 내부에만 금속층을 형성하는 제5단계; 상기 패드오픈부 내부에만 형성된 금속층이 드러나도록 상기 보호막을 화학적기계적연마하여 평탄화하는 제6단계; 및 상기 평탄화된 보호막 상에 칼라필터어레이를 형성하는 제7단계를 포함하여 이루어진다.
Description
본 발명은 이미지센서(Image sensor) 제조방법에 관한 것으로, 특히 평탄화 공정이 적용된 보호막을 갖는 이미지센서 제조방법에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 칼라 필터가 어레이되어 있다. 칼라 필터 어레이(CFA : Color Filter Array)는 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루질 수 있다.
또한, 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 이미지센서는 칼리필터 상에 마이크로렌즈(micro lens)를 형성하는 방법을 사용하고 있다.
도1은 종래기술에 따라 제조된 이미지센서를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도1을 참조하여 종래기술에 따른 이미지센서 제조방법을 간단히 언급하면, 실리콘기판(1) 위에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드절연막(2)을 형성하고 수광소자를 포함하는 단위픽셀(3)들을 형성한 후 금속층간절연막(4)을 도포하고 금속배선(5)을 형성한다. 이어서, 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위하여 PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition) 방법으로 산화막(6) 및 질화막(7)을 연속적으로 도포하여 소자보호막을 형성하고, 와이어본딩(Wire Bonding)시 소자와의 전기적인 접촉을 위하여 보호막을 식각하므로써 금속배선(5)의 일부가 노출되는 패드오픈부(5a)를 형성한다. 이후 이미지센서의 칼라 이미지 구현을 위하여 칼라필터어레이(8)를 형성한다. 칼라필터 물질은 통상 염색된 포토레지스트를 사용한다.
그런데, 이러한 종래의 이미지센서 제조방법은, 보호막(6, 7)의 단차에 의해 단위픽셀(3) 위에서 칼라필터어레이의 두께가 두꺼워져 이를 통과하는 빛의 광 투과도(Light Transmittance)가 저하되고 역시 보호막(6, 7) 단차에 의해 패드오픈부(5a)의 금속배선(5)에는 칼라필터 물질의 잔류물(8a)이 남는 현상이 발생하여 이후 패키지시 와이어본딩 불량의 원인이 된다.
또한, 이후 광감지영역 이외의 지역으로 입사되는 빛을 모아주기 위하여 마이크로렌즈(9)를 형성하게 되는데, 이러한 공정에서도 아래에 위치하고 있는 칼라필터어레이(8)의 평탄도가 불량하므로 그 위에 형성되는 마이크로렌즈(9)가 단위픽셀마다 그 모양이 상이하게 되어 그 특성의 균일성(Uniformity)이 저하된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 패드오픈부 내에 칼라필터 잔류물을 남기지 않아 와이어본딩 불량을 방지하기 위한 이미지센서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 평탄화가 우수한 보호막을 형성하여 칼라필터어레이의 프로파일 불량에 따른 문제점을 해결하고자 하는 이미지센서 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이미지센서 제조방법은, 이미지센서 제조방법에 있어서, 관련된 소자들과 금속배선이 완료된 웨이퍼를 준비하는 제1단계; 상기 웨이퍼 상에 보호막을 형성하는 제2단계; 선택적으로 상기 보호막을 식각하여 패드오픈부를 형성하는 제3단계; 상기 제3단계가 완료된 결과물 전면에 금속층을 형성하는 제4단계; 상기 보호막이 드러나도록 화학적기계적연마(CMP : chemical mechanical polishing )하여 상기 패드오픈부 내부에만 금속층을 형성하는 제5단계; 상기 패드오픈부 내부에만 형성된 금속층이 드러나도록 상기 보호막을 화학적기계적연마하여 평탄화하는 제6단계; 및 상기 평탄화된 보호막 상에 칼라필터어레이를 형성하는 제7단계를 포함하여 이루어진다.
바람직하게, 본 발명은 상기 칼라필터어레이 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어진다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 종래기술과 동일한 구성요소(물질)에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하였다.
도2a 내지 도2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다. 칼라필터 및 마이크로렌즈에 그 중점을 두고 이미지센서가 도시되어 있다.
먼저, 도2a를 참조하면, 실리콘기판(1) 위에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드절연막(2)을 형성하고 예컨대 포토다이오드와 같은 수광소자를 포함하는 단위픽셀(3)들을 형성한 후, 그 상부에 층간절연막(4) 및 금속배선(5)을 형성한다. 이후 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위하여 산화막(6) 및 질화막(7)을 연속적으로 도포하여 보호막(6, 7)을 형성한다. 이어서, 패드 마스크 및 식각 공정을 통해 보호막(6, 7)을 선택적으로 제거하므로써 패드오픈부(5a)를 형성한다.
이어서, 도2b를 참조하면, 패드오픈부(5a) 가 완전히 매립되도록 도2a의 구조 전면에 금속층(10)을 증착한다. 도2b 의 점선 "A"는 이후 제1화학적기계적연마(CMP) 공정시의 연마정지선을 나타낸다.
이어서, 도2c를 참조하면, 보호막(6,7) 표면이 드러날 때까지 제1화학적기계적연마를 실시한다. 도2c 의 점선 "B"는 이후 제2화학적기계적연마 공정시의 연마정지선을 나타낸다.
이어서, 도2d를 참조하면, 금속층(10) 표면이 드러날 때까지 보호막(6, 7)을 제2화학적기계적연마하고, 화학적기계적연마에 의해 평탄화된 보호막(6.7) 상에 칼라필터어레이(8)를 형성한다. 도면에는 도시되지 않았지만 필요에 따라 칼라필터 상에 마이크로렌즈를 형성할 수도 있다.
노출된 금속층(10) 표면은 이후 와이어가 본딩되는 패드를 이루게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 패드오픈부에 추가로 금속층을 매립한 다음, 화학적기계적연마에 의해 보호막을 평탄화하는 것에 그 특징적 구성을 갖는 것으로서, 이에 의해 본 발명은 패드오픈부에 의해 단차가 발생되어 있지 않으므로 칼라필터 형성시 패드오픈부에 칼라필터 잔류물이 남지 않게 된다. 이에 의해 와이어본딩의 불량을 방지한다. 또한, 보호막이 평탄화되어 있으므로 그 상부에 형성되는 칼라필터어레이 및 마이크로렌즈의 찌그러짐 현상 등을 방지하여, 이미지센서의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
본 실시예에서 보호막은 산화막 및 질화막 대신에 다른 물질이 적용될 수도 있으며, 층간절연막 및 금속배선을 다층으로 형성할 수 있는 등, 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 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 이물질 없는 패드 표면을 확보할 수 있어서 패키지 수율을 향상시킬 수 있고, 찌그러짐 없는 칼라필터를 얻을 수 있어서 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도1은 종래기술에 따라 제조된 이미지센서를 개략적으로 나타낸 단면도,
도2a 내지 도2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 나타낸 공정 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 실리콘기판 2 : 필드절연막
3 : 단위픽셀 4 : 층간절연막
5 : 금속배선 6 : 보호막용 PECVD 산화막
7 : 보호막용 PECVD 질화막 8 : 칼라필터어레이
8a : 칼라필터 물질의 잔류물 9 : 마이크로렌즈
10 : 금속층
Claims (3)
- 이미지센서 제조방법에 있어서,관련된 소자들과 금속배선이 완료된 웨이퍼를 준비하는 제1단계;상기 웨이퍼 상에 보호막을 형성하는 제2단계;선택적으로 상기 보호막을 식각하여 패드오픈부를 형성하는 제3단계;상기 제3단계가 완료된 결과물 전면에 금속층을 형성하는 제4단계;상기 보호막이 드러나도록 상기 금속층을 화학적기계적연마하여 상기 패드오픈부 내부에만 금속층을 형성하는 제5단계;상기 패드오픈부 내부에만 형성된 금속층이 드러나도록 상기 보호막을 화학적기계적연마하여 평탄화하는 제6단계; 및상기 평탄화된 보호막 상에 칼라필터어레이를 형성하는 제7단계를 포함하여 이루어진 이미지센서 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 칼라필터어레이 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 더 포함하여 이루어진 이미지센서 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 보호막은 산화막과 질화막을 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
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