KR100707080B1 - 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자 제조 공정 중, 패드층 오픈시 결함을 유발하지 않는 이미지 센서의 제조 공정에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 패드층이 형성된 기판, 상기 패드층 표면이 노출되도록 패드 오픈부를 갖는 패시베이션막 및 상기 기판 상에 형성되며, 상기 패드 오픈부에 매립되어 칼라필터 및 마이크로렌즈 공정으로 부터 상기 패드층을 보호하는 패드층 보호막을 구비하는 씨모스 이미지 센서가 제공된다.
또한, 패드층이 형성된 기판을 준비하는 단계, 상기 패드층이 형성된 상기 기판 전체 구조 상에 패시베이션막을 증착하는 단계, 상기 패시베이션막을 선택적 식각하여 상기 패드층 표면이 노출되는 패드 오픈부를 형성하는 단계 및 상기 패드 오픈부에 매립되어 칼라필터 및 마이크로렌즈 공정으로부터 상기 패드층을 보호하는 패드층 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법이 제공된다.
패드층, 마이크로렌즈, 칼라필터, 패드 오픈부, 패시베이션막
Description
도 1은 통상의 씨모스 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 모스(MOS) 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도.
도 2는 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
201 : 기판 202 : 패드층
203 : SOG막 204 : 패시베이션막
205 : 패드층 보호막 206 : 칼라필터
207 : OCL막 208 : 마이크로렌즈
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자 제조 공정 중, 씨모스(CMOS) 이미지 센서(Image Sensor) 형성 공정에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 디지털 카메라, 휴대폰 등의 가정용 제품이나, 병원에서 사용되는 내시경, 지구를 돌고 있는 인공위성의 망원경에 이르기까지 매우 광범위한 분야에서 사용되고 있으며, 다양한 이미지 센서중, 씨모스 제조 기술로 생산되는 씨모스(CMOS) 이미지 센서는 광학적 이미지를 전기적 신호로 변환시키는 소자로서, 화소수 만큼 모스(MOS)트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다. 씨모스 이미지 센서는, 종래 이미지 센서로 널리 사용되고 있는 씨씨디(CCD) 이미지센서에 비하여 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 호환성의 씨모스 기술을 사용하므로 제조 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모 또한 크게 낮다는 장점을 지니고 있어서 휴대폰, PC, 감시 카메라 등의 저가, 저전력을 요하는 분야에 쓰이고 있다.
도 1은 통상의 씨모스 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 모스(MOS) 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도로서, 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드(10)와, 포토다이오드(10)에서 모아진 광전하를 플로팅확산영역(12)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(11)와, 원하는 값으로 플로팅 확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 확산영역(12)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터 (13)와, 플로팅 확산영역의 전압이 게이트로 인가되 어 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(14)와, 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing) 역할을 수행하는 셀렉트 트랜지스터(15)로 구성된다. 단위 화소 밖에는 출력신호(Output Signal)를 읽을 수 있도록 로드(load) 트랜지스터(16)가 형성된 모습을 도시하고 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하여, 소정의 하부층이 형성된 반도체 기판(101)을 준비한다.
이때, 상기 하부층은 다음과 같이 형성된다.
우선, p+형 기판에 p에피층이 형성된 반도체 기판 상에 활성영역과 소자분리영역을 분리하는 소자분리막을 형성한다.
이때, 고농도의 p+형 기판 상에 저농도의 p에피층을 사용하는 이유는 첫째, 저농도의 p에피층이 존재하므로 포토다이오드의 공핍영역(Depletion region)을 크고, 깊게 증가시킬 수 있어 광전하를 모으기 위한 포토다이오드의 능력(ability)을 증가시킬 수 있고, 둘째, p에피층의 하부에 고농도의 p+형 기판(101)을 갖게되면, 이웃하는 단위화소(pixel)로 전하가 확산되기 전에 이 전하가 빨리 재결합(Recombination)되기 때문에 광전하의 불규칙 확산(Random Diffusion)을 감소시켜 광전하의 전달 기능 변화를 감소시킬 수 있기 때문이다.
또한, 상기 소자분리막는 버즈 비크(Bird's Beak)가 거의 없어 소자의 고집적화에 따라 소자간에 전기적으로 분리시키는 영역을 축소시킬수 있는 STI 공정을 통하여 형성된다.
이어서, 상기 소자분리막이 형성된 반도체 기판 상에 게이트 절연막과 게이트 전도막을 순차적으로 증착한후, 선택적으로 식각하여 게이트 전극을 형성한다.
이어서, 게이트 전극의 에지와 자기 정렬(Self Alignment)되도록 n형 불순물을 주입하여 포토다이오드가 형성될 광감지영역에 대해 n형 불순물영역을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극의 양측벽에 스페이서를 형성한다.
상기 스페이서는 버퍼산화막과 스페이서용 질화막을 순차적으로 상기 게이트 전극을 포함하는 상기 반도체 기판 상에 증착후, 건식 식각을 통하여 형성하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 n형 불순물영역과 상기 게이트 전극 상부의 일부를 포함하는 이온주입 방지막을 형성시키고, 고농도의 p형 불순물을 주입시켜 상기 반도체 기판에 플로팅 확산영역을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극의 양측벽에 형성된 상기 스페이서의 일측 에지와 자기 정렬(Self Alignment)되도록 p형 불순물을 주입하여 n형 불순물영역이 형성된 상기 반도체 기판 내에 p형 불순물영역을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극을 포함하는 기판 상에 층간절연막을 형성하여 상기 하부층을 형성한다.
이어서 상기 하부층 상에 금속배선 및 패드층(102)을 형성한다.
이때, 상기 패드층(102)은 금속층으로서, 후속 메인 칩(Chip)의 핀(Pin)과 접지된다.
이어서, 상기 패드층(102)이 형성된 기판 상에 평탄화 목적의 SOG(Spin On Glass)막(103)과 패시베이션막(104)을 순차적으로 증착한다.
이어서, 상기 패시베이션막(104) 상에 컬러필터(105)를 형성한 후, 상기 컬러필터(105) 상에 OCL(Over Coating Layer)막(106)을 형성한다.
이어서, 상기 OCL막(106) 상에 마이크로렌즈(107)를 형성한 후, 상기 마이크로렌즈(107)가 형성된 기판 전체구조 상에 저온산화막(108)을 증착한다.
이때, 상기 마이크로렌즈(107)가 둥글기 때문에 상기 저온산화막(108) 증착 시, 스텝 커버리지(Step Coverage)에 취약한 부분이 발생한다.
이어서, 상기 금속층(102)을 오픈하기 위해 상기 SOG막(103), 패시베이션막(104) 및 저온산화막(108)을 선택적 식각한다.
이때, 상기 저온산화막(108) 식각시 크랙(Crack)이 발생하고, 상기 크랙으로 인해 식각 가스가 상기 OCL막(106)에 유입되어 결함을 유발하게 된다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 패드층 오픈시 결함을 유발하지 않는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
삭제
본 발명은 알루미늄 패드층이 형성된 기판을 준비하는 단계; 상기 패드층이 형성된 상기 기판 전체 구조 상에 패시베이션막을 증착하는 단계; 상기 패시베이션막을 선택적 식각하여 상기 패드층 표면이 노출되는 패드 오픈부를 형성하는 단계; 및 후속 공정인 칼라필터 및 마이크로렌즈 공정으로 부터 상기 패드층을 보호하기 위한 알루미늄산화막을 상기 오픈부 내의 상기 패드층 상에 형성하기 위하여, 플라즈마 산화 공정을 실시하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법이 제공된다.
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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정은 우선, 도 3a에 도시된 바와 같이, 소정의 하부층이 형성된 반도체 기판(201)을 준비한다.
이때, 상기 하부층은 다음과 같이 형성된다.
우선, p+형 기판에 p에피층이 형성된 반도체 기판 상에 활성영역과 소자분리 영역을 분리하는 소자분리막을 형성한다.
이때, 고농도의 p+형 기판 상에 저농도의 p에피층을 사용하는 이유는 첫째, 저농도의 p에피층이 존재하므로 포토다이오드의 공핍영역(Depletion region)을 크고, 깊게 증가시킬 수 있어 광전하를 모으기 위한 포토다이오드의 능력(ability)을 증가시킬 수 있고, 둘째, p에피층의 하부에 고농도의 p+형 기판(101)을 갖게되면, 이웃하는 단위화소(pixel)로 전하가 확산되기 전에 이 전하가 빨리 재결합(Recombination)되기 때문에 광전하의 불규칙 확산(Random Diffusion)을 감소시켜 광전하의 전달 기능 변화를 감소시킬 수 있기 때문이다.
또한, 상기 소자분리막는 버즈 비크(Bird's Beak)가 거의 없어 소자의 고집적화에 따라 소자간에 전기적으로 분리시키는 영역을 축소시킬수 있는 STI 공정을 통하여 형성된다.
이어서, 상기 소자분리막이 형성된 반도체 기판 상에 게이트 절연막과 게이트 전도막을 순차적으로 증착한후, 선택적으로 식각하여 게이트 전극을 형성한다.
이어서, 게이트 전극의 에지와 자기 정렬(Self Alignment)되도록 n형 불순물을 주입하여 포토다이오드가 형성될 광감지영역에 대해 n형 불순물영역을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극의 양측벽에 스페이서를 형성한다.
상기 스페이서는 버퍼산화막과 스페이서용 질화막을 순차적으로 상기 게이트 전극을 포함하는 상기 반도체 기판 상에 증착후, 건식 식각을 통하여 형성하는 것이 바람직하다.
이어서, 상기 n형 불순물영역과 상기 게이트 전극 상부의 일부를 포함하는 이온주입 방지막을 형성시키고, 고농도의 p형 불순물을 주입시켜 상기 반도체 기판에 플로팅 확산영역을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극의 양측벽에 형성된 상기 스페이서의 일측 에지와 자기 정렬(Self Alignment)되도록 p형 불순물을 주입하여 n형 불순물영역이 형성된 상기 반도체 기판 내에 p형 불순물영역을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극을 포함하는 기판 상에 층간절연막을 형성하여 상기 하부층을 형성한다.
이어서 상기 하부층 상에 금속 배선 및 패드층(202)을 형성한다.
이어서, 상기 패드층(202)이 형성된 기판 상에 평탄화 목적의 SOG(Spin On Glass)막(203)과 패시베이션막(204)을 순차적으로 증착한다.
이어서, 상기 SOG막(203)과 패시베이션막(204)을 선택적 식각하여 상기 패드층(202)을 노출시킨다.
이때, 상기 패드층(202)은 알루미늄막(Al)인 것이 바람직하다.
다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 노출된 패드층(202) 상에 패드층 보호막(205)을 형성한다.
이때, 상기 패드층 보호막(205)은 산화알루미늄막으로써, 200~400℃의 공정 온도에서 O2 또는 O3 플라즈마 공정에서 형성되는 것이 바람직하다.
삭제
다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 패시베이션막(204) 상에 컬러필터(206)를 형성한 후, 상기 컬러필터(206) 상에 OCL(Over Coating Layer)막(207)을 형성한다.
이어서, 상기 OCL막(207) 상에 마이크로렌즈(208)를 형성한다.
상술한 바와 같이, 저온산화막에 의해 발생하는 들뜸이나 깨짐 현상을 제거하기 위해, 본 발명에서는 저온산화막 형성 공정을 스킵(Skip)한다.
또한, 상기 저온산화막 형성 공정을 스킵하므로써 상기 패드층(202)에 발생하는 결함을 해결하기 위해 상기 패드층(202) 상에 패드층 보호막(205)으로써 산화알루미늄막을 형성하여 상기 결함을 해결한다.
상기 패드층(202)에 발생하는 결함은 후속 칼라필터(206) 및 마이크로렌즈(208) 형성 공정시 사용되는 알칼리 계열의 디벨로퍼(Developer) 용액이 상기 패드층(202)에 데미지(Damage)를 가함으로써 발생하게 되는데, 상기 산화알루미늄막은 상기 알칼리 계열의 디벨로퍼 용액에 대한 결함이 발생하지 않아 상기 패드층(202)을 보호하는 것이다.
삭제
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식 을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 저온산화막에 의해 발생하는 들뜸이나 깨짐 현상을 제거하기 위해, 본 발명에서는 저온산화막 형성 공정을 스킵(Skip)한다.
또한, 상기 저온산화막 형성 공정을 스킵하므로써 상기 패드층에 발생하는 결함을 해결하기 위해 상기 패드층 상에 패드층 보호막으로써 산화알루미늄막을 형성하여 소자의 수율을 증가 시킨다.
삭제
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- 알루미늄 패드층이 형성된 기판을 준비하는 단계;상기 패드층이 형성된 상기 기판 전체 구조 상에 패시베이션막을 증착하는 단계;상기 패시베이션막을 선택적 식각하여 상기 패드층 표면이 노출되는 패드 오픈부를 형성하는 단계; 및후속 공정인 칼라필터 및 마이크로렌즈 공정으로 부터 상기 패드층을 보호하기 위한 알루미늄산화막을 상기 오픈부 내의 상기 패드층 상에 형성하기 위하여, 플라즈마 산화 공정을 실시하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제5항에 있어서,상기 플라즈마 산화 공정은,200~400℃의 공정 온도에서 실시하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제5항에 있어서,상기 플라즈마 산화 공정은,O2 또는 O3 플라즈마 산화로 실시하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
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| KR20070036530A (ko) | 2007-04-03 |
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