KR100720479B1 - Method for fabricating an CMOS image sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 마이크로렌즈를 형성한 후 패드 오픈부를 형성하고, 금속 패드에 발생하는 진행성 부식을 방지함으로써 소자의 신뢰성 및 수율을 향상시키도록 한 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로서, 액티브 영역과 패드 영역으로 구분되는 기판상의 패드 영역에 금속 패드를 형성하는 단계와, 상기 금속 패드를 포함한 기판 전면에 보호막을 형성하고 상기 금속 패드의 표면이 노출되도록 상기 보호막을 선택적으로 제거하여 패드 오픈부를 형성하는 단계와, 상기 패드 오픈부를 포함하여 상기 기판의 전면에 절연막을 형성하는 단계와, 상기 액티브 영역의 상기 절연막 위에 칼라 필터층을 형성하는 단계와, 상기 칼라 필터층 상측에 마이크로렌즈를 형성하는 단계와, 상기 기판의 패드 영역에 형성된 절연막을 CDE 방식으로 선택적으로 제거하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.The present invention relates to a method for manufacturing a CMOS image sensor which improves the reliability and yield of a device by forming a pad opening after forming a microlens and preventing progressive corrosion occurring on the metal pad. Forming a metal pad in a pad area on the substrate divided into regions, and forming a protective film on the front surface of the substrate including the metal pad and selectively removing the protective film to expose the surface of the metal pad to form a pad open portion And forming an insulating film on the front surface of the substrate including the pad opening, forming a color filter layer on the insulating film in the active region, forming a microlens on the color filter layer, and the substrate. The insulating film formed on the pad area of the film is selectively removed by the CDE method. And it characterized in that it is formed by a step.
이미지 센서, 금속 패드, 마이크로렌즈, CDE, 플라즈마 Image Sensors, Metal Pads, Microlenses, CDE, Plasma
Description
도 1은 일반적인 씨모스 이미지 센서의 1 화소의 등가회로도1 is an equivalent circuit diagram of one pixel of a general CMOS image sensor
도 2는 일반적인 씨모스 이미지 센서의 1 화소의 레이아웃도2 is a layout view of one pixel of a general CMOS image sensor
도 3a 내지 도 3f는 종래 기술에 의한 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to the prior art.
도 4는 종래 기술에 의한 CMOS 이미지 센서의 마이크로렌즈를 나타낸 SEM 이미지4 is a SEM image showing a microlens of a CMOS image sensor according to the prior art
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정단면도5A through 5F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 6a 및 도 6b는 종래와 본 발명의 마이크로렌즈 표면의 거칠기 정도를 SEM 분석을 통해 비교한 결과6a and 6b show the results of comparing the roughness of the surface of the conventional microlenses of the present invention with SEM analysis.
도면의 주요 부분에 대한 설명Description of the main parts of the drawing
200 : 반도체 기판 201 : 제 1 절연막 200
202 : 금속 패드 203 : 보호막 202: metal pad 203: protective film
204 : 감광막 205 : 패드 오픈부204: photosensitive film 205: pad opening portion
206 : 제 2 절연막 207 : 제 1 평탄화층206: second insulating film 207: first planarization layer
208, 209, 210 : R,G,B 칼라 필터층 213 : 마이크로렌즈208, 209, 210: R, G, B color filter layer 213: Microlens
본 발명은 CMOS 이미지 센서의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 소자 특성을 향상시킴과 동시에 수율을 향상시키도록 한 씨모스 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a CMOS image sensor, and more particularly, to a method for manufacturing a CMOS image sensor which improves device characteristics and improves yield.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게, 전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)로 구분된다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and is generally a charge coupled device (CCD) and CMOS metal (Complementary Metal Oxide Silicon) image. It is divided into Image Sensor.
상기 전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)는 빛의 신호를 전기적 신호로 변환하는 복수개의 포토 다이오드(Photo diode; PD)가 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 매트릭스 형태로 배열된 각 수직 방향의 포토 다이오드 사이에 형성되어 상기 각 포토 다이오드에서 생성된 전하를 수직방향으로 전송하는 복수개의 수직 방향 전하 전송 영역(Vertical charge coupled device; VCCD)과, 상기 각 수직 방향 전하 전송 영역에 의해 전송된 전하를 수평방향으로 전송하는 수평방향 전하전송영역(Horizontal charge coupled device; HCCD) 및 상기 수평방향으로 전송된 전하를 센싱하여 전기적인 신호를 출력하는 센스 증폭기(Sense Amplifier)를 구비하여 구성된 것이다. In the charge coupled device (CCD), a plurality of photo diodes (PDs) for converting a signal of light into an electrical signal are arranged in a matrix form, and the photo diodes in each vertical direction arranged in the matrix form. A plurality of vertical charge coupled device (VCCD) formed between the plurality of vertical charge coupled devices (VCCD) for vertically transferring charges generated in each photodiode, and horizontally transferring charges transferred by the respective vertical charge transfer regions; A horizontal charge coupled device (HCCD) for transmitting to the sensor and a sense amplifier (Sense Amplifier) for outputting an electrical signal by sensing the charge transmitted in the horizontal direction.
그러나, 이와 같은 CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소비가 클 뿐만 아니라, 다단계의 포토 공정이 요구되므로 제조 공정이 복잡한 단점을 갖고 있다. However, such a CCD has a disadvantage in that the manufacturing method is complicated because the driving method is complicated, the power consumption is large, and the multi-step photo process is required.
또한, 상기 전하 결합 소자는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로(A/D converter) 등을 전하 결합 소자 칩에 집적시키기가 어려워 제품의 소형화가 곤란한 단점을 갖는다.In addition, the charge coupling device has a disadvantage in that it is difficult to integrate a control circuit, a signal processing circuit, an analog / digital converter (A / D converter), and the like into a charge coupling device chip, which makes it difficult to miniaturize a product.
최근에는 상기 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다. Recently, CMOS image sensors have attracted attention as next generation image sensors for overcoming the disadvantages of the charge coupled device.
상기 씨모스 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로 등을 주변회로로 사용하는 씨모스 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써 상기 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다. The CMOS image sensor uses CMOS technology that uses a control circuit, a signal processing circuit, and the like as peripheral circuits to form MOS transistors corresponding to the number of unit pixels on a semiconductor substrate, thereby forming the MOS transistors of each unit pixel. The device adopts a switching method that sequentially detects output.
즉, 상기 씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.That is, the CMOS image sensor implements an image by sequentially detecting an electrical signal of each unit pixel by a switching method by forming a photodiode and a MOS transistor in the unit pixel.
상기 씨모스 이미지 센서는 씨모스 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다. The CMOS image sensor has advantages, such as a low power consumption, a simple manufacturing process according to a few photoprocess steps, by using CMOS manufacturing technology.
또한, 상기 씨모스 이미지 센서는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로 등을 씨모스 이미지 센서 칩에 집적시킬 수가 있으므로 제품의 소형화가 용이하다는 장점을 갖고 있다. In addition, since the CMOS image sensor can integrate a control circuit, a signal processing circuit, an analog / digital conversion circuit, and the like into the CMOS image sensor chip, the CMOS image sensor has an advantage of easy miniaturization.
따라서, 상기 씨모스 이미지 센서는 현재 디지털 정지 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 응용 부분에 널리 사용되고 있다.Therefore, the CMOS image sensor is currently widely used in various application parts such as a digital still camera, a digital video camera, and the like.
한편, CMOS 이미지 센서는 트랜지스터의 개수에 따라 3T형, 4T형, 5T형 등으로 구분된다. 3T형은 1개의 포토다이오드와 3개의 트랜지스터로 구성되며, 4T형은 1개의 포토다이오드와 4개의 트랜지스터로 구성된다. 상기 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위화소에 대한 등가회로 및 레이아웃(lay-out)을 살펴보면 다음과 같다. On the other hand, CMOS image sensors are classified into 3T type, 4T type, and 5T type according to the number of transistors. The 3T type consists of one photodiode and three transistors, and the 4T type consists of one photodiode and four transistors. An equivalent circuit and layout of the unit pixels of the 3T-type CMOS image sensor will be described as follows.
도 1은 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 등가 회로도이고, 도 2는 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위화소를 나타낸 레이아웃도이다.FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a general 3T CMOS image sensor, and FIG. 2 is a layout diagram illustrating unit pixels of a general 3T CMOS image sensor.
일반적인 3T형 씨모스 이미지 센서의 단위 화소는, 도 1에 도시된 바와 같이, 1개의 포토다이오드(PD; Photo Diode)와 3개의 nMOS 트랜지스터(T1, T2, T3)로 구성된다. 상기 포토다이오드(PD)의 캐소드는 제 1 nMOS 트랜지스터(T1)의 드레인 및 제 2 nMOS 트랜지스터(T2)의 게이트에 접속되어 있다. As shown in FIG. 1, a unit pixel of a general 3T CMOS image sensor includes one photodiode (PD) and three nMOS transistors T1, T2, and T3. The cathode of the photodiode PD is connected to the drain of the first nMOS transistor T1 and the gate of the second nMOS transistor T2.
그리고, 상기 제 1, 제 2 nMOS 트랜지스터(T1, T2)의 소오스는 모두 기준 전압(VR)이 공급되는 전원선에 접속되어 있고, 제 1 nMOS 트랜지스터(T1)의 게이트는 리셋신호(RST)가 공급되는 리셋선에 접속되어 있다. The sources of the first and second nMOS transistors T1 and T2 are all connected to a power supply line supplied with a reference voltage VR, and the gate of the first nMOS transistor T1 has a reset signal RST. It is connected to the reset line supplied.
또한, 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)의 소오스는 상기 제 2 nMOS 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 상기 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)의 드레인은 신호선을 통하여 판독회로(도면에는 도시되지 않음)에 접속되고, 상기 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)의 게이트는 선택 신호(SLCT)가 공급되는 열 선택선에 접속되어 있다. Further, the source of the third nMOS transistor T3 is connected to the drain of the second nMOS transistor, the drain of the third nMOS transistor T3 is connected to a read circuit (not shown in the drawing) via a signal line, The gate of the third nMOS transistor T3 is connected to a column select line to which a selection signal SLCT is supplied.
따라서, 상기 제 1 nMOS 트랜지스터(T1)는 리셋 트랜지스터(Rx)로 칭하고, 제 2 nMOS 트랜지스터(T2)는 드라이브 트랜지스터(Dx), 제 3 nMOS 트랜지스터(T3)는 선택 트랜지스터(Sx)로 칭한다.Accordingly, the first nMOS transistor T1 is referred to as a reset transistor Rx, the second nMOS transistor T2 is referred to as a drive transistor Dx, and the third nMOS transistor T3 is referred to as a selection transistor Sx.
일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위 화소는, 도 2에 도시한 바와 같이, 액티브 영역(10)이 정의되어 액티브 영역(10) 중 폭이 넓은 부분에 1개의 포토다이오드(20)가 형성되고, 상기 나머지 부분의 액티브 영역(10)에 각각 오버랩되는 3개의 트랜지스터의 게이트 전극(120, 130, 140)이 형성된다. As shown in FIG. 2, in the unit pixel of a general 3T CMOS image sensor, an
즉, 상기 게이트 전극(120)에 의해 리셋 트랜지스터(Rx)가 형성되고, 상기 게이트 전극(130)에 의해 드라이브 트랜지스터(Dx)가 형성되며, 상기 게이트 전극(140)에 의해 선택 트랜지스터(Sx)가 형성된다. That is, the reset transistor Rx is formed by the
여기서, 상기 각 트랜지스터의 액티브 영역(10)에는 각 게이트 전극(120, 130, 140) 하측부를 제외한 부분에 불순물 이온이 주입되어 각 트랜지스터의 소오스/드레인 영역이 형성된다. Here, impurity ions are implanted into the
따라서, 상기 리셋 트랜지스터(Rx)와 상기 드라이브 트랜지스터(Dx) 사이의 소오스/드레인 영역에는 전원전압(Vdd)이 인가되고, 상기 셀렉트 트랜지스터(Sx) 일측의 소오스/드레인 영역은 판독회로(도면에는 도시되지 않음)에 접속된다.Therefore, a power supply voltage Vdd is applied to a source / drain region between the reset transistor Rx and the drive transistor Dx, and a source / drain region on one side of the select transistor Sx is shown in a read circuit (not shown). Not used).
상기에서 설명한 각 게이트 전극(120, 130, 140)들은, 도면에는 도시되지 않았지만, 각 신호 라인에 연결되고, 상기 각 신호 라인들은 일측 끝단에 패드를 구비하여 외부의 구동회로에 연결된다.Although not illustrated in the drawings, the
이와 같이 패드를 구비한 각 신호 라인과 이 후에 진행되는 공정들에 대하여 설명하면 다음과 같다.As described above, each signal line including the pad and the processes proceeding thereafter are described below.
도 3a 내지 도 3f는 종래 기술에 의한 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to the prior art.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(100)에 게이트 절연막 또는 층간 절연막 등의 절연막(101)을 형성하고, 상기 절연막(101)위에 각 신호 라인의 금속 패드(102)를 형성한다. 이 때, 상기 금속 패드(102)는 상기 도 2에서 설명한 바와 같은 각 게이트 전극(120, 130, 140)과 동일 물질로 동일 층에 형성될 수 있고, 별도의 콘택을 통해 다른 물질로 형성될 수 있으며, 대부분 알루미늄(Al)으로 형성된다. 그리고, 상기 금속 패드(102)를 포함한 상기 절연막(101) 전면에 보호막(103)을 형성한다. 여기서 상기 보호막은 산화막 또는 질화막 등으로 형성한다.First, as shown in FIG. 3A, an
도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 보호막(103)위에 감광막(104)을 형성하고, 사진석판술을 이용한 노광 및 현상하여 상기 금속 패드(102) 상측 부분을 노출시킨다. 그리고, 상기 감광막(104)을 마스크로 이용하여 상기 보호막(103)을 선택적으로 식각하여 상기 금속 패드(102)에 패드 오픈부(105)를 형성한 후, 상기 감광막(104)을 제거한다.As shown in FIG. 3B, a
도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 패드 오픈부(105)가 형성된 기판 전면에 패드 보호막(113)을 형성한다.As shown in FIG. 3C, a pad
여기서, 상기 패드 보호막(113)은 PE(plasma emhancement) 산화막, PE TEOS 또는 PE 질화막으로 형성하며, 그 두께는 약 200Å 내지 600Å정도로 한다.Here, the pad
도 3d에 도시한 바와 같이, 상기 패드 보호막(113) 전면에 제 1 평탄화층(106)을 증착하고 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 이용하여 상기 금속 패드 부 분을 제외한 부분에만 남도록 한다. As shown in FIG. 3D, the
그리고, 각 포토다이오드 영역(도면에는 도시되지 않음)에 상응하는 상기 제 1 평탄화층(106)위에 차례로 청색 칼라 필터층(107), 녹색 칼라 필터층(108) 및 적색 칼라 필터층(109)을 형성한다. A blue
여기서, 상기 각 칼라 필터층 형성 방법은, 해당 감광성 물질을 도포하고 별도의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 각 칼라 필터층을 형성한다.Here, in each of the color filter layer forming methods, the color photosensitive material is coated and the color filter layers are formed by a photolithography process using a separate mask.
도 3e에 도시한 바와 같이, 상기 각 칼라 필터층(107, 108, 109)을 포함한 기판 전면에 제 2 평탄화층(111)을 형성하고 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 상기 금속 패드 부분을 제외한 영역에만 남도록 한다.As shown in FIG. 3E, the
도 3f에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 평탄화층(111)상에 유전체 물질을 증착하고 사진 식각 공정으로 상기 유전체 물질을 선택적으로 제거하여 상의 각 칼라 필터층(107, 108, 109)에 대응하여 마이크로렌즈(112)를 형성한다. As shown in FIG. 3F, a dielectric material is deposited on the
이 때, 별도의 마스크를 추가하지 않고, 상기 금속 패드(102) 상측부의 상기 패드 보호막(113)을 RIE 등에 의해 제거하여 상기 패드 오픈부(105)를 노출시킨다. In this case, the
그리고, 이와 같이 제조된 CMOS 이미지 센서의 각 금속 패드(102)의 프로브 테스트(probe test)하여 접촉저항을 체크한 후, 이상이 없으면 외부 구동회로와 상기 금속 패드를 전기적으로 연결시킨다.Then, after the probe test of each
그러나 상기와 같은 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조에 있어서 금속 패드의 보호는 중요한 요소이다. However, in the manufacture of the CMOS image sensor according to the prior art as described above, the protection of the metal pad is an important factor.
도 3b에서, 금속패드(102)를 오픈한 후 제 1 평탄화층(106) → 칼라필터층 (107,198,109) → 제 2 평탄화층(111) → 마이크로렌즈(112)의 형성공정이 진행되는데 이때 여러 단계의 포토공정이 연속된다. In FIG. 3B, after the
상기 포토공정진행 시 노광 및 현상공정이 수반되는데 현상공정에서 이용되는 현상액에 의해 패드가 케미컬 어텍(chemical attack)을 받아 데미지를 받게 된다. Exposure and development processes are involved in the photo process, and the pads are subjected to chemical attack by the developer used in the development process to be damaged.
이와 같은 데미지는 부식 및 오염의 형태로 나타나며 제품의 전기적 특성을 저하시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해 패드 및 웨이퍼 전체에 패드 보호막(113)을 형성한다. This damage appears in the form of corrosion and contamination and degrades the electrical properties of the product. In order to solve this problem, a pad
그 이유는 마이크로렌즈(112)를 형성한 후 패드 보호막(113)을 식각하여 금속패드(102)를 오픈해야 하는데, 지나치게 두꺼울 경우 패드 보호막(113)을 식각하는 동안 마이크로렌즈(112) 또한 데미지를 받아 형상이 변한다든가 표면에 거칠기(roughness)를 형성하여 마이크로렌즈의 기능을 저하시키기 때문이다. The reason is that after forming the
또한, 상기 칼라필터층(107,108,109)을 형성한 후 제 2 평탄화층(111)을 형성한다. 상기 칼라필터층(107,108,109)의 두께는 대개 0.25㎛ 기반에서는 0.5 ~ 1.5㎛를 사용하는 것이 일반적이다. In addition, after the color filter layers 107, 108, and 109 are formed, a
한편, 상기 칼라필터층(107,108,109)을 형성할 때, 먼저 형성된 칼라필터가 후속의 현상공정에서 일부 손실(loss)이 발생하며 또한 칼라 필터에 따라 손실되는 정도가 달라 칼라필터간에 단차가 형성된다. 단차가 존재하는 칼라필터상에 바로 마이크로렌즈를 형성하면 DOF(depth of focus)가 달라지고 단차로 인해 국부적인 마이크로렌즈층의 두께차가 발생하여 마이크로렌즈의 토폴로지(topology) 및 마이 크로렌즈 간의 갭(gap)에 영향을 미쳐 결국에는 소자의 전기적 특성을 저해한다. Meanwhile, when the color filter layers 107, 108, and 109 are formed, some color loss is generated in the subsequent developing process, and the degree of loss of the color filter is different depending on the color filter. Thus, a step is formed between the color filters. If the microlens is formed directly on the color filter in which the step is present, the depth of focus (DOF) is changed and the thickness of the microlens layer is locally generated due to the step. gap), which in turn hinders the device's electrical characteristics.
이러한 현상을 예방하기 위해 칼라필터층(107,108,109)을 충분히 덮을 만큼의 제 2 평탄화층(111)을 형성하는데 일반적인 경우는 칼라필터층보다 더 두꺼운 1 ~ 2㎛의 두께는 갖는다. In order to prevent such a phenomenon, the
한편, 도 3f에서 패드 보호막(113)을 식각하는 과정에서 마이크로렌즈(112) 또한 일정량이 식각된다. 대개의 경우 패드 보호막(113)을 식각하기 위해서는 F 계열의 CxFy 와 O2 혼합 가스에 균일도(uniformity) 향상을 위한 Ar 첨가 가스를 일반적으로 사용한다. Meanwhile, in the process of etching the pad
또한 RIE 방식을 이용하기 때문에 이온 충격(ion bombardment)에 의해 마이크로렌즈 표면에 거칠기가 발생시기도 한다. In addition, since the RIE method is used, roughness may occur on the surface of the microlens by ion bombardment.
이러한 거칠기는 SEM 으로 간단히 분석할 수 있다. This roughness can be analyzed simply by SEM.
즉, 도 4는 종래 기술에 의한 CMOS 이미지 센서의 마이크로렌즈를 나타낸 SEM 이미지이다.That is, FIG. 4 is an SEM image showing a microlens of a CMOS image sensor according to the prior art.
도 4에서와 같이, 마이크로렌즈의 표면이 거친 것을 볼 수 있다. 이러한 거칠기는 빛의 난반사를 유발하여 포토 다이오드를 입사되는 빛의 강도를 약화시켜 신호의 저하를 유발한다.As in FIG. 4, it can be seen that the surface of the microlens is rough. Such roughness causes diffuse reflection of light, thereby weakening the intensity of light incident on the photodiode and causing signal degradation.
즉, 이미지 센서의 신호처리 능력을 저하시킨다. That is, the signal processing capability of the image sensor is reduced.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 마이크로렌즈를 형 성한 후 패드 오픈부를 형성하고, 금속 패드에 발생하는 진행성 부식을 방지함으로써 소자의 신뢰성 및 수율을 향상시키도록 한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, forming a pad open portion after forming the microlens, and prevents the progressive corrosion occurring on the metal pad to improve the reliability and yield of the device of the CMOS image sensor The purpose is to provide a manufacturing method.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 씨모스(CMOS) 이미지 센서의 제조방법은 액티브 영역과 패드 영역으로 구분되는 기판상의 패드 영역에 금속 패드를 형성하는 단계와, 상기 금속 패드를 포함한 기판 전면에 보호막을 형성하고 상기 금속 패드의 표면이 노출되도록 상기 보호막을 선택적으로 제거하여 패드 오픈부를 형성하는 단계와, 상기 패드 오픈부를 포함하여 상기 기판의 전면에 절연막을 형성하는 단계와, 상기 액티브 영역의 상기 절연막 위에 칼라 필터층을 형성하는 단계와, 상기 칼라 필터층 상측에 마이크로렌즈를 형성하는 단계와, 상기 기판의 패드 영역에 형성된 절연막을 CDE 방식으로 선택적으로 제거하는 단계를 포함하여 형성함을 특징으로 한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a CMOS image sensor. Forming a pad opening by forming a protective film on the entire surface and selectively removing the protective film to expose the surface of the metal pad, forming an insulating film on the front surface of the substrate including the pad opening, and the active region Forming a color filter layer on the insulating film, forming a microlens on the color filter layer, and selectively removing the insulating film formed on the pad region of the substrate by a CDE method. do.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 씨모스 이미지 센서의 제조방법을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing the CMOS image sensor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 나타낸 공정 단면도이다.5A to 5F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a CMOS image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
먼저, 도 5a에 도시한 바와 같이, 반도체 기판(200)에 게이트 절연막 또는 층간 절연막 등의 제 1 절연막(201)을 형성하고, 상기 제 1 절연막(201)위에 각 신호 라인의 금속 패드(202)를 형성한다. First, as shown in FIG. 5A, a first
이 때, 상기 금속 패드(202)는 상기 도 2에서 설명한 바와 같은 각 게이트 전극(120, 130, 140)과 동일 물질로 동일 층에 형성될 수 있고, 별도의 콘택을 통해 다른 물질로 형성될 수 있으며, 대부분 알루미늄(Al)으로 형성된다. In this case, the
그리고, 상기 금속 패드(202)를 포함한 상기 제 1 절연막(201) 전면에 보호막(203)을 형성한다. 여기서 상기 보호막은 산화막 또는 질화막 등으로 형성한다.A
도 5b에 도시한 바와 같이, 상기 보호막(203)위에 감광막(204)을 형성하고, 사진석판술을 이용한 노광 및 현상하여 상기 금속 패드(202) 상측 부분을 노출시킨다. 그리고, 상기 감광막(204)을 마스크로 이용하여 상기 보호막(203)을 선택적으로 식각하여 상기 금속 패드(202)에 패드 오픈부(205)를 형성한 후, 상기 감광막(204)을 제거한다.As shown in FIG. 5B, a
도 5c에 도시한 바와 같이, 상기 패드 오픈부(205)가 형성된 기판 전면에 제 2 절연막(206)을 형성한다.As shown in FIG. 5C, a second insulating
여기서, 상기 제 2 절연막(206)은 PE(plasma emhancement) 산화막, PE TEOS 또는 PE 질화막으로 형성하며, 그 두께는 약 400Å 내지 1000Å정도로 한다.Here, the second
도 5d에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 절연막(206) 전면에 제 1 평탄화층(207)을 증착하고 마스크를 이용한 사진 식각 공정을 이용하여 상기 금속 패드 부분을 제외한 부분에만 남도록 한다. As shown in FIG. 5D, the
그리고, 각 포토다이오드 영역(도면에는 도시되지 않음)에 상응하는 상기 제 1 평탄화층(207)위에 차례로 청색 칼라 필터층(208), 녹색 칼라 필터층(209) 및 적색 칼라 필터층(210)을 형성한다. A blue
여기서, 상기 각 칼라 필터층 형성 방법은, 해당 감광성 물질을 도포하고 별도의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 각 칼라 필터층을 형성한다.Here, in each of the color filter layer forming methods, the color photosensitive material is coated and the color filter layers are formed by a photolithography process using a separate mask.
도 5e에 도시한 바와 같이, 상기 각 칼라 필터층(208, 209, 210)을 포함한 기판 전면에 제 2 평탄화층(212)을 형성하고 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 상기 금속 패드 부분을 제외한 영역에만 남도록 한다.As shown in FIG. 5E, the
도 5f에 도시한 바와 같이, 상기 제 2 평탄화층(212)상에 마이크로렌즈용 물질층을 증착한 후 선택적으로 패터닝하고, 리플로우 공정을 실시하여 상기 각 칼라 필터층(208, 209, 210)에 대응하는 반구형 형태의 마이크로렌즈(213)를 형성한다. As shown in FIG. 5F, a microlens material layer is deposited on the
이 때, 별도의 마스크를 추가하지 않고, 상기 금속 패드(202) 상측부의 상기 제 2 절연막(206)을 CDE(Chemical Downstream(또는 Dry) Etch) 방식으로 제거하여 상기 패드 오픈부(205)를 노출시킨다. In this case, the
그리고, 이와 같이 제조된 CMOS 이미지 센서의 각 금속 패드(202)의 프로브 테스트(probe test)하여 접촉저항을 체크한 후, 이상이 없으면 외부 구동회로와 상기 금속 패드를 전기적으로 연결시킨다.Then, the probe resistance of each
본 발명에서 상기 패드 오픈부(205)를 노출시키기 위한 CDE 방식은 플라즈마가 챔버(chamber) 내부에서 형성되고 유지되는 RIE와는 다르게 플라즈마의 형성은 챔버 외부에서 이루어지고 챔버 내부로 이어지는 관을 통해 에천트(etchant)가 유입되어 식각이 진행된다.In the present invention, unlike the RIE in which the plasma is formed and maintained inside the chamber, the CDE method for exposing the
따라서 챔버 외부에서 플라즈마가 형성되기 때문에 이온이나 전자의 성장(build up)에 의한 플라즈마 데미지(plasma damage)가 적다는 장점이 있다. Therefore, since plasma is formed outside the chamber, plasma damage due to the build-up of ions or electrons is small.
그리고, 순수 에천트의 플로우(flow)에 의해 식각이 발생하므로 등방성식각 특성을 보인다는 것을 특징으로 하는 식각 방식이다. In addition, since the etching occurs by the flow of the pure etchant, the etching method is characterized in that it exhibits isotropic etching characteristics.
본 발명에서의 바람직한 실시의 예는 25℃, 480sccm의 O2, 80sccm의 N2, 50 Pa, 700W의 조건에서 진행한다. A preferred embodiment in the present invention proceeds at 25 ° C., 480 sccm O 2 , 80 sccm N 2 , 50 Pa, 700 W.
본 발명의 플라즈마 소스(plasma source)는 마이크로-웨이브(micro-wave)로 일반적으로 수지(resin)의 애싱(ashing)에 이용되는 방식이다. The plasma source of the present invention is a micro-wave (micro-wave) is generally used for ashing (resin) of the resin (ash).
본 발명에서 실시예는 25℃, 480sccm의 O2, 350sccm의 CF4, 50Pa, 700W와 같다. In the present invention, the embodiment is the same as 25 ℃, 480sccm O 2 , 350sccm CF 4 , 50Pa, 700W.
한편, 제 1 평탄화층(207)의 애싱을 실시하기 위해 CF4를 첨가한다. On the other hand, CF 4 is added to ashing the
도 6a 및 도 6b는 종래와 본 발명의 마이크로렌즈 표면의 거칠기 정도를 SEM 분석을 통해 비교한 결과이다.6A and 6B are results obtained by comparing the roughness of the surface of the microlens of the conventional and the present invention through SEM analysis.
도 6a에서와 같이, RIE 방식을 사용하여 패드 오픈부를 노출시키는 종래의 방식은 마이크로렌즈의 표면이 거칠지만, 도 6b에서와 같이, CDE 방식을 사용하여 패드 오픈부를 노출시키는 본 발명의 방식은 마이크로렌즈의 표면 거칠기가 상당히 완화되었음을 알 수 있다. As shown in FIG. 6A, the conventional method of exposing the pad openings using the RIE method is rough in the surface of the microlens, but as in FIG. 6B, the method of the present invention which exposes the pad openings using the CDE method is micro It can be seen that the surface roughness of the lens is significantly relaxed.
이는 종래의 방식이 이온 충돌에 의한 일종의 데미지에 의한 것으로 판단된다. 마이크로렌즈의 표면 거칠기는 입사되는 빛의 난반사와 밀접한 관계를 갖고 있다. 즉, 거칠기가 높으면 난반사율이 높아 포토다이오드로 전달되는 빛의 강도가 약해져 전자의 활성도를 떨어뜨리게 되어 신호의 강도를 저해함으로 이미지 구현을 방해하는 요소가 된다. It is determined that the conventional method is caused by a kind of damage caused by ion collision. The surface roughness of the microlens is closely related to the diffuse reflection of incident light. In other words, if the roughness is high, the reflectance is high and the intensity of light transmitted to the photodiode is weakened, thereby degrading the activity of electrons, thereby inhibiting the intensity of the signal, thereby preventing image realization.
본 발명의 또 다른 효과는 플라즈마 데미지가 적은 장비를 적용함으로써 플라즈마 데미지 포텐셜(plasma damage potential)을 감소시킨다. Another effect of the present invention is to reduce plasma damage potential by applying equipment with low plasma damage.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.On the other hand, the present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, it is possible that various substitutions, modifications and changes within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in Esau.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 씨모스(CMOS) 이미지 센서의 제조방법에 있어서는 다음과 같은 효과가 있다.As described above, the method of manufacturing the CMOS image sensor according to the present invention has the following effects.
첫째, CDE 방식으로 제 2 절연막을 식각하여 패드 오픈부를 노출시킴으로써 마이크로렌즈 표면 거칠기를 감소시켜 빛의 난반사를 줄일 수 있다.First, the second insulating film is etched by the CDE method to expose the pad opening, thereby reducing surface roughness of the microlens, thereby reducing diffuse reflection of light.
둘째, 플라즈마 데미지가 적은 장비를 적용함으로써 플라즈마 데미지 포텐셜을 감소시킬 수 있다. Second, the plasma damage potential can be reduced by applying a device having a low plasma damage.
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