KR100744110B1 - 이미지 소자의 모니터링 패턴 및 이를 이용한 이미지소자의 공정 모니터링 방법 - Google Patents
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Abstract
복합적인 공정 오류가 발생되더라도, 어떠한 공정에서 오류가 발생되었지 정확히 예측할 수 있는 이미지 소자의 모니터링 패턴 및 이를 이용한 공정 모니터링 방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 이미지 소자의 모니터링 패턴은 메인 불순물 영역, 및 상기 메인 불순물 영역의 등간격으로 이격되도록 설치되는 적어도 하나의 서브 불순물 영역을 포함한다. 상기 서브 불순물 영역은 상기 메인 불순물 영역의 상하 좌우 방향에 각각 형성되며, 바람직하게는, 상기 메인 불순물 영역은 정사각형 형태를 갖고, 상기 서브 불순물 영역은 상기 메인 불순물 영역의 각 변과 대응하는 위치에 각각 형성된다.
모니터링 패턴, 저항, 미스 얼라인, 확산, 이미지 소자
Description
도 1은 일반적인 CMOS 이미지 소자의 단면도이다
도 2는 일반적인 이미지 소자의 모니터링 패턴을 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 소자의 모니터링 패턴을 나타낸 평면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 소자의 모니터링 패턴에 의해 공정 불량을 예측하는 방법을 설명하기 위한 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 스크라이브 라인내에 배치된 다수개의 모티터링 패턴을 나타낸 평면도이다.
본 발명은 이미지 소자의 모니터링 패턴에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이미지 소자의 포토리소그라피 공정 불량 및 확산 공정 불량등을 복합적으로 예측할 수 있는 이미지 소자의 모니터링 패턴 및 이를 이용한 공정 모니터링 방법에 관 한 것이다.
일반적으로, 이미지 소자는 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 소자이다. 이러한 이미지 소자로는 대표적으로 CCD(charge coupled device) 및 CMOS 이미지 센서(CMOS image sensor : 이하, CIS)가 있다. CCD는 다수개의 MOS 캐패시터를 포함하며, 이 모스 캐패시터는 빛에 의해 생성되는 전하(캐리어)를 이동시키므로써 동작된다. 한편, CIS는 다수의 단위 픽셀 및 단위 픽셀의 출력신호를 제어하는 CMOS 회로에 의해 구동된다.
CCD 소자 및 CIS 소자는 빛을 전기적 신호로 변환하는 포토 다이오드를 포함하며, 전기적 신호를 전달하는 전달 매체 예컨대 MOS 트랜지스터 또는 MOS 캐패시터를 갖는다. 여기서, 일반적인 CIS 소자를 예를 들어 설명하도록 한다.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)의 소정 부분에 포토 다이오드(25)가 형성된다. 포토 다이오드(25)는 n형 불순물 영역(20) 및 p형 불순물 영역(15)으로 구성되는 pn 접합으로 이루어진다. 포토 다이오드(25)의 일측에는 포토 다이오드(25)에서 생성된 신호를 전달하기 위한 트랜스퍼 게이트(30)가 형성되어 있다. 트랜스퍼 게이트(30)의 일측에는 포토 다이오드(25)에서 생성된 신호를 저장하는 플로팅 확산 영역(floating diffusion region:35)이 형성된다. 여기서, 상기 포토 다이오드(25) 및 플로팅 확산 영역(35)은 포토리소그라피 공정, 이온 주입 공정 및 확산 공정에 의하여 형성되고, 트랜스퍼 게이트(30)는 포토리소그라피 공정에 의해 형성된다. 이와같은 구성의 CIS 소자는 예컨대, 미국 특허 6,486,498호에 개시되어 있다.
상기한 이미지 소자의 특성은 화질의 감도(sensitivity), 잔상(Lag), 블루밍(blooming) 및 스미어(smear)등과 같은 화질 결정 인자에 의해 결정되며, 이러한 화질 결정 인자는 이미지 소자의 제조 공정에 민감한 영향을 받는다. 즉, 포토리소그라피 공정시 미스 얼라인이 발생되거나, 이온 주입후 확산 공정시 열처리 공정 불량으로 인해 불순물 확산이 불완전하게 되는 경우, 화면의 감도가 저하되고, 잔상, 블루밍 또는 스미어등이 발생된다. 이에따라, 공정 불량을 미리 예측하여, 이를 보정할 필요가 있다.
종래에는 이미지 소자의 제작 공정과 동일하게 더미(dummy)로 테스트 패턴을 형성하여, 이미지 소자의 불량 여부를 예측하고 있다.
도 2는 종래의 일반적인 테스트 패턴으로서, 모니터링 패턴(50)은 게이트(51), 드레인(55a) 및 소오스(55b)로 구성되는 MOS 트랜지스터 구조를 갖는다. 이와같은 MOS 트랜지스터 형태의 테스트 패턴(50)은 MOS 트랜지스터의 특성인 문턱 전압(Vt) 및 항복 전압(BV)을 측정하여, 공정 불량을 예측하고 있다.
그러나, 상기한 MOS 트랜지스터 형태의 테스트 패턴은 문턱 전압 및 항복 전압의 측정에 의해 불량이 발생되었음을 예측할 수 있으나, 정확히 어떠한 부분에서 어떠한 오류가 발생되었는지 예측하기 어렵다.
더욱이, 포토리소그라피 공정시 미스얼라인이 발생되고, 동시에 불순물 영역이 불완전하게 확산되는 경우, 이를 정확히 모니터링하기 어려울 뿐만 아니라, 상기 게이트(51)가 y축으로 쉬프트(shift) 되는 경우 역시 모니터링이 불가능하다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 복합적인 공정 오류가 발생되더라도, 어떠한 공정에서 오류가 발생되었지 정확히 예측할 수 있는 이미지 소자의 모니터링 패턴을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기한 이미지 소자의 모니터링 패턴에 의해 공정 불량을 모니터링하는 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 견지에 따른 이미지 소자의 모니터링 패턴은 메인 불순물 영역, 및 상기 메인 불순물 영역의 등간격으로 이격되도록 설치되는 적어도 하나의 서브 불순물 영역을 포함한다.
상기 서브 불순물 영역은 상기 메인 불순물 영역의 상하 좌우 방향에 각각 형성되며, 바람직하게는, 상기 메인 불순물 영역은 정사각형 형태를 갖고, 상기 서브 불순물 영역은 상기 메인 불순물 영역의 각 변과 대응하는 위치에 각각 형성된다. 또한, 상기 메인 불순물 영역 및 서브 불순물 영역 상부에 외부 신호를 전달하는 금속 배선이 각각 더 연결되어 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 소자의 모니터링 패턴은, 다수의 이미지 소자 영역을 한정하는 스크라이브 라인을 갖는 반도체 기판이 준비되고, 이 반도체 기판의 스크라이브 라인 상에 다수의 모니터링 패턴이 열 방향 혹은 행 방향으로 나란히 배열된다. 이때, 각각의 모니터링 패턴은 메인 불순물 영역, 및 메인 불순물 영역의 상하 좌우 방향에 일정 거리 이격되도록 배치되는 서브 불순물 영역을 포함한다. 또한, 상기 모니터링 패턴들은 상기 메인 불순물 영역과 서브 불 순물 영역의 거리가 순차적으로 증대되도록 배열된다. 이에따라, 저항이 변화되는 모니터링 패턴의 간격에 의거하여 미스 얼라인 길이를 예측할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 견지에 따른 이미지 소자의 모니터링 패턴에 의한 모니터링 방법은, 반도체 기판의 스크라이브 라인에 메인 불순물 영역을 형성하고, 상기 메인 불순물 영역 외측의 상하 좌우 각각에 상기 메인 불순물 영역과 등간격을 이루도록 서브 불순물 영역을 형성하여, 모니터링 패턴을 완성한다. 그후, 상기 메인 불순물 영역과 상기 상하 좌우 방향의 서브 불순물 영역 사이의 저항을 측정하여, 상기 메인 불순물 영역과 상기 상하 좌우 방향의 서브 불순물 영역 사이의 저항 변경치에 따라 이미지 소자의 공정 불량을 예측한다.
이때, 상기 다수의 모니터링 패턴은 그것의 메인 불순물 영역과 서브 불순물 영역의 간격이 일정한 간격 규칙을 가지고 순차적으로 증대되도록 나란히 배열하고, 상기 저항치가 변화되는 최종 모니터링 패턴의 간격에 의하여 미스 얼라인 거리를 예측한다.
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도 면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
본 발명의 모니터링 패턴(100)은 도 3에 도시된 바와 같이, 모니터링될 메인 불순물 영역(110) 및 불순물 영역(110)의 외곽에 배치된 적어도 하나의 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d)을 포함한다.
메인 불순물 영역(110)은 사각형, 예컨대, 정사각형 형태를 가질 수 있으며, 실질적으로 테스트되어질 영역이다. 상기 메인 불순물 영역(110)은 예컨대 이미지 소자의 포토 다이오드를 구성하는 n형 불순물 영역(혹은 p형 불순물 영역)과 동일한 불순물 농도를 가질 수 있다.
서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d) 각각은 메인 불순물 영역(110)의 상하,좌우면에 각각 배치되어, 4개의 불순물 영역으로 구성된다. 이러한 제 1 내지 제 4 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d) 각각은 메인 불순물 영역(110)과 일정 등간격 이격되도록 설계되며, 제 1 및 제 4 불순물 영역(120a,120d), 및 제 2 및 제 3 불순물 영역(120b,120c)은 상기 메인 불순물 영역(110)을 사이에 두고 정대향하도록 배열된다. 제 1 내지 제 4 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d)은 이미지 소자의 접합 영역의 불순물 농도와 동일할 수 있으며, 예를 들어, n형 또는 p형일 수 있다.
메인 불순물 영역(110) 및 제 1 내지 제 4 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d)은 메인 불순물 영역(110) 및 제 1 내지 제 4 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d) 상부에 형성된 금속 배선(130,135a,135b,135c,135d)과 각각 콘택되어, 전기적 신호를 인가받는다.
이와같은 모니터링 패턴은 다음과 같은 방법에 의해 형성된다.
먼저, 반도체 기판(도시되지 않음)의 스크라이브 영역의 소정 부분에 사각형 형태의 영역이 노출되도록 포토리소그라피 공정에 의해 제 1 레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 제 1 레지스트 패턴에 의해 노출된 반도체 기판에 불순물을 이온 주입한다. 제 1 레지스트 패턴을 공지의 방법으로 제거한 다음, 상기 이온 주입된 불순물을 열처리하여, 메인 불순물 영역(110)을 형성한다. 이때, 메인 불순물 영역(110)은 예컨대, 이미지 소자의 포토 다이오드 영역과 동시에 형성될 수 있다.
그후, 메인 불순물 영역(110)의 상하 좌우 방향의 소정 부분이 각각 노출되도록 제 2 레지스트 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 이때, 제 2 레지스트 패턴에 의해 노출되는 각 영역은 메인 불순물 영역(110)과 등간격을 유지함이 바람직하다. 제 2 레지스트 패턴에 의해 노출된 반도체 기판에 불순물을 이온 주입한 다음, 상기 제 2 레지스트 패턴을 제거한다. 그후, 이온 주입된 불순물을 열처리하여, 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d)을 형성한다. 이때, 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d)은 이미지 소자의 접합 영역을 형성하는 공정과 동시에 진행될 수 있다.
그후, 결과물 상부에 층간 절연막을 형성하고, 메인 불순물 영역(110) 및 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d)이 노출되도록 층간 절연막을 소정 부분 식각한다. 그후, 노출된 메인 불순물 영역(110) 및 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d)과 콘택되도록 금속 배선(130,135a,135b,135c,135d)을 형성한다.
이와같은 방법에 의해 형성된 모니터링 패턴(100)은 메인 불순물 영역(110)과 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d)이 일정 등간격으로 배치됨에 따라, 메인 불순물 영역(110)과 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d) 사이에 일정하면서 균일한 저항(R1,R2,R3,R4)이 발생된다. 이 저항(R1,R2,R3,R4)들은 상기 모니터링 패턴을 형성하는 공정시 불량이 발생되지 않는다면, 일정하면서 균일한 값을 유지하고, 그렇지 않으면 저항값이 변하게 된다. 이하 공정 불량에 따른 저항치의 변화에 대하여 보다 자세히 설명하도록 한다.
먼저, 도 4에서와 같이, 메인 불순물 영역(110)을 한정하는 제 1 레지스트 패턴이 x축 방향으로 미스 얼라인되는 경우, 메인 불순물 영역(110)의 좌 또는 우에 존재하는 R2 또는 R3의 저항값이 변화된다. 예를 들어, 제 1 레지스트 패턴이 우축으로 소정 길이만큼 미스얼라인되는 경우, R3는 급격히 감소되고, R2는 증대된다. 공정자는 이러한 결과에 따라, 메인 불순물 영역(110)을 한정하는 제 1 레지스트 패턴이 우축으로 소정 길이만큼 미스얼라인 되었음을 판단하고, 이를 보정할 수 있다.
또한, 도 5와 같이, 메인 불순물 영역(110)을 한정하는 제 1 레지스트 패턴이 y축 방향으로 미스 얼라인되는 경우, 메인 불순물 영역(110)의 상 또는 하에 존재하는 R1 또는 R4의 저항값이 변화된다. 예를 들어, 제 1 레지스트 패턴이 상부 방향으로 소정 길이만큼 미스얼라인되는 경우, R1은 급격히 감소되고, R4는 증대된다. 공정자는 이러한 결과에 따라 메인 불순물 영역(110)을 한정하는 제 1 레지스트 패턴이 상부측으로 소정 길이만큼 미스얼라인 되었음을 판단하고, 이를 보정할 수 있다.
한편, 메인 불순물 영역(110)을 형성하기 위한 불순물 확산 공정(열처리 공정)이 과도하게 진행되었을 경우, 즉, 열처리 공정이 장시간 진행되거나, 혹은 고온에서 진행되는 경우, 메인 불순물 영역(110)을 구성하는 불순물이 과도하게 확산될 수 있다. 이러한 경우, 도 6에 도시된 바와 같이, R1 내지 R4가 모두 감소된다. 이와같이, R1 내지 R4가 모두 변화되는 경우, 메인 불순물 영역(110)의 확산 공정에 불량이 발생되었음을 판정하고, 이를 보정할 수 있다.
메인 불순물 영역(110)을 한정하는 제 1 레지스트 패턴이 x축 방향으로 미스얼라인되고, 불순물 확산 공정도 불완전하게 진행되는 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 메인 불순물 영역(110)의 좌 또는 우의 저항 R2 또는 R3는 증대(변화)하고, 나머지 저항은 모두 감소된다. 이러한 경우, 메인 불순물 영역(110)이 x축 방향으로 미스얼라인 되고, 동시에 확산 공정에 불량이 발생되었음을 판정하고 이를 보정할 수 있다.
메인 불순물 영역(110)을 한정하는 제 1 레지스트 패턴이 y축 방향으로 미스얼라인되고, 불순물 확산 공정도 불완전하게 진행되는 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 메인 불순물 영역(110)의 상 또는 하의 저항 R1 또는 R4는 증대(변화)하고, 나머지 저항은 모두 감소된다. 이러한 경우, 메인 불순물 영역(110)이 y축 방향으로 미스얼라인 되고, 동시에 확산 공정에 불량이 발생되었음을 판정하고 이를 보정할 수 있다.
즉, 본 발명과 같은 모니터링 패턴은 메인 불순물 영역과 서브 불순물 영역 사이의 저항값 변화에 따라, 단일 공정 불량 및 복합 공정 불량을 정확히 모니터링 할 수 있으며, 미스 얼라인 방향 또한 정확히 모니터링할 수 있다.
또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 모니터링 패턴(100)은 스크라이브 라인내에 다수개가 나란히 배치된다. 이때, 각 모니터링 패턴(100)은 저항치가 순차적으로 증대되도록, 각 모니터링 패턴(100)의 메인 불순물 영역(110)과 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d)의 간격을 순차적으로 증대(또는 감소)시킨다. 이에따라, 불량이 발생되는 지점의 모니터링 패턴(100)을 통하여, 얼마만큼의 미스얼라인이 발생되었는지 실제 거리를 예측할 수 있다.
예를 들어, 본 실시예에서는 도 9에 도시된 바와 같이, 메인 불순물 영역(110)과 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d)의 간격을 0.1㎛ 간격으로 순차적으로 증대시키도록 모니터링 패턴을 형성한다. 즉, 첫 번째 모니터링 패턴은 메인 불순물 영역(110)과 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d)의 간격을 0.1㎛로 설정하고, 두 번째 모니터링 패턴은 메인 불순물 영역(110)과 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d)의 간격을 0.2㎛로 설정하며, 이러한 규칙으로 모니터링 패턴(100)을 순차적으로 배열한다.
상기와 같은 방식으로 모니터링 패턴(100)을 형성한 후, 모니터링 패턴(100)의 저항 변화를 모니터링한다. 이때, 예를 들어, 0.5㎛ 간격으로 설치된 모니터링 패턴(100)까지 저항 변화가 일어나고, 변화된 저항이 메인 불순물 영역(100)의 우측 방향에 존재하는 R3인 경우, 실제 포토 다이오드 영역이 우측 방향으로 0.5㎛만큼 미스 얼라인이 발생되었음을 알 수 있다. 이에따라, 실제 미스얼라인된 거리까 지 정확히 예측할 수 있다.
본 실시예에서는 모니터링 패턴(100)의 메인 불순물 영역(110)과 서브 불순물 영역(120a,120b,120c,120d)의 간격을 0.1㎛ 간격으로 증대시켰지만, 보다 정밀한 미스 얼라인 거리를 예측하기 위하여 0.1㎛ 이하의 간격으로 배치시킬 수 있다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 메인 불순물 영역 외곽에 등간격으로 서브 불순물 영역을 형성하여, 모니터링 패턴을 구성한다.
메인 불순물 영역과 서브 불순물 영역간의 저항을 측정하여, 각 저항치가 설계치와 동일한 경우 불량이 발생되지 않았음을 판정하고, 저항치가 설계치를 벗어나는 경우, 변경된 저항의 위치에 의해, 메인 불순물 영역과 동시에 형성되는 이미지 소자 영역(예를 들어 포토 다이오드 영역)의 미스 얼라인 및 확산 불량을 예측할 수 있다.
아울러, 본 발명의 모니터링 패턴은 웨이퍼의 스크라이브 라인내에 설계된 저항치가 순차적으로 증대되도록 다수개를 나란히 배치한다. 이에따라, 저항치가 변경되는 모니터링 패턴의 간격에 의거하여, 미스 얼라인 간격을 예측할 수 있다.
상기와 같이 포토리소그라피 공정 및 확산 공정(이온 주입 공정) 불량을 모니터링 패턴에 의해 모니터링할 수 있고, 모니터링 결과에 의해 공정을 보정할 수 있으므로, 이미지 소자의 화질 특성을 개선할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.
Claims (8)
- 메인 불순물 영역;상기 메인 불순물 영역의 상하 좌우 방향에 등간격으로 이격하여 배치되는 서브 불순물 영역들; 및상기 메인 불순물 영역 및 상기 서브 불순물 영역들에 각각 접속하여 외부 신호를 전달하는 금속 배선들을 포함하는 이미지 소자의 모니터링 패턴.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 메인 불순물 영역은 정사각형 형태를 갖고,상기 서브 불순물 영역은 상기 메인 불순물 영역의 각 변과 대응하는 위치에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 모니터링 패턴.
- 삭제
- 다수의 이미지 소자 영역을 한정하는 스크라이브 라인을 갖는 반도체 기판; 및상기 반도체 기판의 스크라이브 라인에 나란히 배치된 다수의 모니터링 패턴을 포함하며,상기 각각의 모니터링 패턴은 메인 불순물 영역, 및 메인 불순물 영역의 상하 좌우 방향에 일정 거리 이격되어 설치되는 서브 불순물 영역을 포함하고,상기 모니터링 패턴들은 상기 메인 불순물 영역과 서브 불순물 영역의 거리가 순차적으로 증대되도록 배열되는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 모니터링 패턴.
- 제 5 항에 있어서, 상기 메인 불순물 영역은 정사각형 형태를 갖고,상기 서브 불순물 영역은 상기 메인 불순물 영역의 각 변과 대응하는 위치에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 소자의 모니터링 패턴.
- 반도체 기판의 스크라이브 라인에 다수의 메인 불순물 영역을 형성하는 단계;상기 각 메인 불순물 영역 외측의 상하 좌우 각각에 상기 메인 불순물 영역과 등간격을 이루도록 서브 불순물 영역을 형성하여, 다수의 모니터링 패턴을 형성하는 단계; 및상기 메인 불순물 영역과 상기 상하 좌우 방향의 서브 불순물 영역 사이의 저항을 측정하여, 상기 메인 불순물 영역과 상기 상하 좌우 방향의 서브 불순물 영역 사이의 저항 변경치에 따라 이미지 소자의 공정 불량을 예측하는 단계를 포함하 는 이미지 소자의 모니터링 패턴을 이용한 공정 모니터링 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 다수의 모니터링 패턴은 그것의 메인 불순물 영역과 서브 불순물 영역의 간격이 일정한 간격 규칙을 가지고 순차적으로 증대되도록 나란히 배열하고,상기 저항치가 변화되는 최종 모니터링 패턴의 간격에 의하여 미스 얼라인 거리를 예측하는 것을 특징으로 이미지 소자의 모니터링 패턴을 이용한 공정 모니터링 방법.
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