KR100646080B1 - 씨모스이미지센서 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 패드 금속의 부식, 손상 오염을 방지하는 동시에 공정을 간소화하여 제품 제조 원가 감소 및 제조 수율 증대를 가져다주는 CMOS 이미지센서 제조방법을 제공하고자 하는 것으로, 이를 위한 본 발명의 CMOS 이미지센서 제조방법은, CMOS 이미지센서 제조방법에 있어서, 금속배선 및 보호막 형성이 완료된 기판을 준비하는 단계; 패드 마스크 및 식각공정으로 상기 보호막을 식각하되 상기 패드 부위에 상기 보호막을 일부두께 잔류시키는 단계; 단위화소 어레이 부분에 칼라필터어레이를 형성하는 단계; 상기 칼라필터어레이 상에 OCM 패턴을 형성하고 드러난 상기 잔류 보호막을 식각하여 패드 금속 표면을 노출시키는 단계; 및 단위화소 어레이 부분에 칼라필터어레이를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

CMOS이미지센서, 패드, 칼라필터어레이, OCM

Description

씨모스이미지센서 제조방법{Method for fabricating CMOS image sensor}

도1a 내지 도1e는 종래기술에 따른 이미지센서 제조 공정도.

도2a 내지 도2e는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지센서 제조 공정도.

도3a 내지 도3d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CMOS 이미지센서 제조 공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

201 : 기판 202 : 절연막

203 : 금속배선 204 : 보호막

204a : 잔류보호막 205 : 칼라필터어레이

206 : OCM 패턴 207 : 마이크로렌즈

본 발명은 이미지센서(Image sensor) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 씨모스(CMOS) 기술에 의해 제조되는 이미지센서(이하 간단히 "CMOS 이미지센서"라 칭함) 및 그 제조방법에 관한 것이다.

통상 CMOS 이미지센서 제조 공정에서, 금속배선 형성을 완료한 후 소자를 외부의 수분 및 스크래치(scratch)로부터 보호하기 위하여 보호막(passivation layer)를 형성하고, 패드(pad) 오픈 공정 수행 후 상기 보호막 상에 칼라필터(color filter) 어레이를 형성하게 된다.

그러나, 상기 칼라필터어레이 공정시 패드 금속의 표면이 부식 또는 손상되는 문제가 발생되는 바, 이러한 문제를 해결하기 위하여 캡(Cap) 산화막을 적용하는 기술이 제안된 바 있다.

도1a 내지 도1e는 캡 산화막을 적용하는 종래기술에 따른 CMOS 이미지센서 제조공정도로서, 설명의 이해를 돕기 위해 이미지센서의 단위화소 어레이 부분(100)과 패드 오픈이 수행되는 부분(150)이 함께 도시되어 있다.

먼저, 도1a는 포토다이오드 및 모스트랜지스터 등 CMOS이미지센서를 이루는 소자들을 일련의 공정을 통해 형성한 기판(101)을 준비한 다음, 절연막(102), 금속배선(103) 및 보호막(104)을 차례로 형성한 상태이다. 통상 보호막은 산화막 또는 산화막/질화막 등이 적용된다.

이어서, 도1b는 보호막(104)을 선택식각하여 금속패드를 오픈시킨 다음, 칼라필터어레이를 형성하기 전에 PECVD 방법으로 TEOS 산화막(105)을 400∼1,000Å 정도 증착한 상태이다. 이 TEOS 산화막(105)이 칼라필터물질과 현상 용액으로부터 금속패드 표면을 보호하는 캡 산화막이다.

이어서, 도1c에 도시된 바와 같이, 레드칼라필터물질을 도포한 다음, 마스크를 사용한 선택적 노광(Exposure)을 하고 현상(Develop)을 실시하여 광감지영역 상에만 레드(R) 칼라필터를 형성하고, 동일한 방법으로 블루(B) 및 그린(G) 칼라필터를 패터닝하는 등 일련의 칼라필터어레이 공정을 통해 칼라필터어레이(106)를 형성한다.

이때 패드 금속의 표면은 TEOS 산화막(105)이 덮고 있기 때문에 칼라필터물질이나 현상용액에 있는 산소나 수소에 닿지 않게 되어, 패드 금속 표면이 산화나 손상으로부터 보호되게 된다.

이어서, 도1d와 같이 칼라필터어레이에 의한 단차를 극복하기 위하여, 즉 평탄화를 위하여 단위화소 어레이 부분(100)에만 OCM(over coating material) 패턴(107)을 형성한다. 여기서 OCM은 보통 포토레지스트를 적용하는 바, 역시 노광 및 현상에 의해 OCM 패턴(107)이 형성된다. 이어서, 노출된 TEOS 산화막(105)를 식각하여 패드 금속 표면(108)을 얻는다.

도1e는 단위화소어레이 부분(100)에 마이크로렌즈(109)를 형성한 상태이다.

이와 같이, 종래기술에서는 캡 산화막에 의해 칼라필터어레이 공저에 의한 패드 금속 표면의 부식 및 손상을 방지하였으나, 이러한 종래기술은 캡 산화막의 추가 적용 따라 공정이 복잡해 졌고, 그에 따른 제품 제조 원가 증대 및 수율 감소를 감수해야 했다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 패드 금속의 부식, 손상 오염을 방지하는 동시에 공정을 간소화하여 제품 제조 원가 감소 및 제조 수율 증대를 가져다주는 CMOS 이미지센서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 특징적인 본 발명은 CMOS 이미지센서 제조방법에 있어서, 금속배선 및 보호막 형성이 완료된 기판을 준비하는 단계; 패드 마스크 및 식각공정으로 상기 보호막을 식각하되 상기 패드 부위에 상기 보호막을 일부두께 잔류시키는 단계; 단위화소 어레이 부분에 칼라필터어레이를 형성하는 단계; 상기 칼라필터어레이 상에 OCM 패턴을 형성하고 드러난 상기 잔류 보호막을 식각하여 패드 금속 표면을 노출시키는 단계; 및 단위화소 어레이 부분에 칼라필터어레이를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.

또한 다른 특징적인 본 발명은 CMOS 이미지센서 제조방법에 있어서, 금속배선 및 보호막 형성이 완료된 기판을 준비하는 단계; 단위화소 어레이 부분에 칼라필터어레이를 형성하는 단계; 상기 칼라필터어레이 상에 OCM 패턴을 형성하되, 상기 OCM 패턴의 오픈부위가 패드 부위가 되도록 상기 OCM 패턴을 형성하는 단계; 상기 OCM 패턴을 식각베리어로 상기 보호막을 식각하여 패드 금속 표면을 노출시키는 단계; 및 단위화소 어레이 부분에 칼라필터어레이를 형성하는 단계를 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 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도2a 내지 도2e는 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지센서 제조 공정을 나타내는 것으로, 설명의 이해를 돕기 위해 이미지센서의 단위화소 어레이 부분(200)과 패드 오픈이 수행되는 부분(250)이 함께 도시되어 있다.

도2a를 참조하면, 통상의 방법으로 소자를 이루는 포토다이오드 및 모스트랜지스터들을 형성한 기판(201)을 준비하고, 절연막(202) 및 금속배선(203) 공정을 완료한 다음, 외부의 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위하여 예컨대 PECVD에 의해 TEOS막(204)과 같은 보호막(204)을 7000∼9000Å 두께로 형성한다. 금속배선은 단층으로만 도시되어 있으나 더블 금속배선으로 이루어질 수도 있고, 도시되어 있지 않으나 통상 베리어메탈 및 비반사층 등을 포함하게 된다. 보호막 역시 산화막 및 질화막이 적층된 상태로도 형성 가능하다.

이어서, 도2b에 도시된 바와 같이, 패드 마스크 및 식각 공정으로 상기 보호막(204)을 식각하되, 패드 부위에 약 600Å의 잔류보호막(204a)이 남도록 식각 타겟을 조절한다.

이어서 도2c와 같이 단위화소 부분에 칼라필터어레이(205)를 형성한다. 칼라필터어레이 공정은 레드(R) 칼라필터물질 도포와 노광 및 현상(Develop), 블루(B) 칼라필터물질 도포와 노광 및 현상, 그린(G) 칼라필터물질 도포와 노광 및 현상과 같은 일련의 과정을 통해 이루어지며, 여기서 칼라필터물질은 염색된 포토레지스트 를 사용하게 된다.

이때 패드 금속의 표면은 잔류보호막(204a)이 덮고 있기 때문에 칼라필터물질이나 현상용액에 있는 산소나 수소에 닿지 않게 되어, 패드 금속 표면이 산화나 손상으로부터 보호되게 된다.

이어서, 도2d는 칼라필터어레이에 의한 단차 완화 및 광투과도 향상 등을 목적으로 단위화소 어레이 부분(200)에만 OCM 패턴(206)을 형성한다. OCM은 보통 포토레지스트를 적용하는 바, 노광 및 현상에 의해 OCM 패턴(206)이 형성된다. 이어서, 노출된 잔류보호막(204a)을 식각하여 패드 금속 표면(210)을 얻는다.

도2e는 단위화소 어레이 부분(200)에 마이크로렌즈(207)를 형성한 상태이다.

상기한 바와 같이 본 발명의 일실시예에서는 별도로 캡산화막을 형성함 없이 잔류보호막이 그 역할을 하도록 하여, 패드 금속의 표면을 보호함과 동시에 공정 단순화를 얻을 수 있다.

도3a 내지 도3d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 CMOS이미지센서 제조 공정도이다.

먼저, 도3a와 같이 기판(소자들이 형성된 상태의 기판)(301) 상에 절연막(302), 금속배선(303) 및 보호막(304)을 순차적으로 형성한다.

이어서, 도3b와 같이 단위화소어레이 부분에 칼라필터어레이(305)를 형성하고, 도3c 와 같이 OCM 패턴(306)을 형성하되, 상기 OCM 패턴(306)은 그 오픈되는 부위가 패드 부위만이 되도록 한다. 이는 기존의 OCM 마스크에다 패드마스크를 혼합한 형상이다.

이어서, 도3d와 같이 상기 OCM 패턴(306)을 식각베리어로하여 보호막(304)을 식각하여 패드 금속표면(307)을 얻고, 마이크로렌즈(308)를 형성한다.

상기한 바와 같이 본 발명의 다른 실시예에서는 OCM 마스크를 변형시켜 OCM 패턴에 의해 패드마스크가 형성되어 지도록 하는 것으로, 일련의 제조 공정이 매우 단순해짐을 알수 있다. 또한 칼라필터어레이 공정시 패드 금속이 노출되지 않아 패드 금속의 부식 및 손상 역시 방지되게 된다.

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 패드 금속의 부식 및 손상을 방지하면서 공정을 간소화 할 수 있어, 제품의 생산성 향상, 제조 단가 절감 및 수율 증대 등의 뛰어난 효과를 가져다 준다.

Claims (4)

1. CMOS 이미지센서 제조방법에 있어서,

   금속배선 및 보호막 형성이 완료된 기판을 준비하는 단계;

   패드 마스크 및 식각공정으로 상기 보호막을 식각하되 상기 패드 부위에 상기 보호막의 일부 두께를 잔류시키는 단계;

   단위화소 어레이 부분에 칼라필터어레이를 형성하는 단계;

   상기 칼라필터어레이 상에 OCM 패턴을 형성하고 드러난 상기 잔류 보호막을 식각하여 패드 금속 표면을 노출시키는 단계; 및

   단위화소 어레이 부분에 칼라필터어레이를 형성하는 단계

   를 포함하여 이루어진 CMOS 이미지센서 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 보호막은 7000∼9000Å 두께로 형성되며, 상기 잔류 보호막은 600Å 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서 제조방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 보호막은 PECVD에 의한 TEOS임을 특징으로 하는 CMOS 이미지센서 제조 방법.
4. 삭제

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