KR100776159B1 - 이미지 센서 소자의 컬러필터 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

이미지 센서 소자의 컬러필터 형성 방법이 개시되어 있다. 이미지 센서 소자의 컬러필터 형성 방법은 이미지 센서가 형성된 기판상에 절연막을 형성하는 단계, 제1 온도로 가열된 기판상에 배치된 상기 절연막 상에 증기 상태의 HMDS(HexaMethylDiSilazine)가스를 제공하여 상기 절연막의 표면을 소수성으로 개질 및 상기 절연막의 표면에 실란기를 형성하는 단계, 상기 실란기가 형성된 상기 절연막의 표면의 수열 안정성(hydrothermal stability)를 향상시키기 위해 상기 절연막을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 열처리하는 단계 및 열처리된 상기 절연막 상에 네거티브 감광물질을 포함하며 상기 실란기와 결합되는 컬러필터 패턴을 형성하는 단계를 포함한다. 절연막 및 절연막 상에 배치되는 컬러필터의 부착력을 향상시키기 위해 절연막을 HMDS 가스로 일차적으로 처리한 후, HMDS 가스로 처리된 절연막을 다시 이차적으로 열처리함으로써 절연막 및 절연막 상에 배치되는 컬러필터의 부착력을 보다 향상시켜 절연막으로부터 컬러필터가 이탈되는 문제를 해결할 수 있다.

Description

이미지 센서 소자의 컬러필터 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING COLOR FILTERS IN A IMAGE SENSOR DEVICE}
도 1은 종래 이미지 센서 소자의 컬러필터의 일부가 이미지 센서 소자로부터 이탈된 것을 도시한 평면도이다.
도 2 내지 도 5들은 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 센서 소자의 컬러필터 형성 방법을 도시한 단면도들이다.
본 발명은 이미지 센서 소자의 컬러필터 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 보호막의 상면에 배치된 컬러필터들이 보호막으로부터 박리되는 것을 방지한 이미지 센서 소자의 컬러필터 제조 방법에 관한 것이다.
최근 들어, 반도체 소자 제조 기술의 개발이 급속히 이루어지고 있고, 이 결과 대부분의 산업에서의 기술 개발이 촉진되고 있다.
반도체 소자는 산화막 형성 공정 또는 증착 공정과 같이 실리콘 기판상에 박막을 형성하는 박막 형성 공정, 박막에 도전성 불순물을 주입하는 불순물 주입 공정, 박막을 원하는 패턴으로 가공하는 식각 공정 등을 통해 제조된다.
반도체 소자를 제조하기 위한 다양한 제조 공정들 중 식각 공정, 불순물 주입 공정 등은 박막을 원하는 패턴으로 패터닝 및 불순물을 지정된 위치에 주입하기 위하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 공정이 선행된다.
종래 트랜지스터, 커패시터 등과 같은 반도체 소자를 제조할 때, 사용되는 포토레지스트 패턴은 식각 공정 또는 불순물 주입 공정이 수행되기 이전에 형성되고, 식각 공정 도는 불순물 주입 공정이 종료되면 후속 공정을 수행하기 위해 일반적으로 실리콘 기판으로부터 제거된다.
따라서, 트랜지스터, 커패시터 등과 같은 일반적인 반도체 소자를 제조할 때, 포토레지스트 패턴 및 포토레지스트 패턴의 하부에 배치된 박막의 접착력은 크게 중요하지 않다.
한편, 최근 들어 개발된 바 있는 반도체 소자의 하나인 이미지 센서 소자는 외부광을 입사받아 외부광에 대응하는 신호를 발생하는 포토 다이오드부, 포토 다이오드부와 연결되어 상기 신호를 출력하는 복수개의 반도체 트랜지스터들 및 포토 다이오드부 및 트랜지스터들을 덮는 보호막, 보호막 상에 배치된 컬러필터들을 포함한다.
이들 중 보호막 상에 배치된 컬러필터들은 감광성 물질, 안료 및/또는 염료를 포함하는 컬러필터막을 패터닝하여 형성되며, 컬러필터들은 이미지 센서 소자에 임시적으로 배치되는 부품이 아니며 이미지 센서 소자의 중요한 구성요소를 이룬다.
도 1은 종래 이미지 센서 소자의 컬러필터의 일부가 이미지 센서 소자로부터 이탈된 것을 도시한 평면도이다.
도 1에는 매트릭스 형태로 이미지 센서 소자의 보호막(1) 상에 배치된 컬러필터(2)의 일부가 이탈된 것이 도시되어 있다.
이와 같이 이미지 센서 소자의 보호막(1)으로부터 매트릭스 형태로 배치된 컬러필터(2)들 중 일부 컬러필터가 이탈되는 이유로는 보호막(1) 및 컬러필터(2) 사이의 접착력 저하를 예로 들 수 있다.
최근에는 보호막 및 컬러필터 사이의 접착력 저하를 방지하기 위해 보호막의 표면을 증기 상태의 HMDS(HexaMethylDiSilazine) 가스로 처리하여 부착력을 향상시키는 기술이 개발된 바 있다.
그러나, 보호막의 표면을 HMDS 가스로 처리하여도 이미지 센서 소자에서 보호막 및 컬러필터 사이의 부착력 저하 문제는 여전히 발생되고 있다. 특히, 보호막 및 컬러필터 사이의 부착력 저하는 문제는 컬러필터가 네거티브 감광물질을 포함할 때 특히 빈번히 발생 된다.
구체적으로, 네거티브 감광물질을 포함하는 컬러필터막을 패터닝하여 컬러필터를 형성할 때, 광에 의하여 노광되지 않는 부분은 보호막으로부터 제거되고, 광에 노광된 부분은 보호막 상에 남게 된다. 즉, 컬러필터막 중 광에 노광된 부분의 물리 화학적 조성이 변경되어 컬러필터막 중 광에 노광된 부분이 선택적으로 보호막 상에 남게 된다.
그러나, 컬러필터 중 특히 블루 컬러필터의 경우 광의 투과율이 약 5% 정도에 불과하기 때문에 네거티브 감광물질 및 블루 안료를 포함하는 블루 컬러필터막 을 패터닝할 때, 블루 컬러필터막 중 블루 컬러필터를 형성할 부분을 충분한 광량으로 노광하더라도 블루 컬러필터막 및 보호막의 계면 부분으로는 충분한 양의 광이 주사되지 못하게 된다. 이 결과 블루 컬러필터막 및 보호막의 계면에서의 부착력은 크게 저하되고, 비록 보호막을 표면을 HMDS 가스로 처리하더라도 보호막 및 블루 컬러필터의 부착력은 크게 감소 된다.
본 발명의 하나의 목적은 컬러필터가 형성되는 박막의 표면을 HMDS 처리한 후 HMDS 처리된 보호막의 표면을 다시 한번 열처리함으로써 박막 및 컬러필터 사이의 부착력을 보다 강화시켜 컬러필터와 박막의 박리를 방지한 이미지 센서 소자의 컬러필터 형성 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 이미지 센서 소자의 컬러필터 형성 방법을 이용한 이미지 센서 소자의 제조 방법을 제공함에 있다.
이와 같은 본 발명의 하나의 목적을 구현하기 위한 이미지 센서 소자의 컬러필터 형성 방법은 이미지 센서가 형성된 기판상에 절연막을 형성하는 단계, 제1 온도로 가열된 기판상에 배치된 상기 절연막 상에 증기 상태의 HMDS(HexaMethylDiSilazine)가스를 제공하여 상기 절연막의 표면을 소수성으로 개질 및 상기 절연막의 표면에 실란기를 형성하는 단계, 상기 실란기가 형성된 상기 절연막의 표면의 수열 안정성(hydrothermal stability)를 향상시키기 위해 상기 절연막을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도로 열처리하는 단계 및 열처리된 상기 절 연막 상에 네거티브 감광물질을 포함하며 상기 실란기와 결합되는 컬러필터 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서 소자의 컬러 필터 형성 방법에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.
도 2 내지 도 5들은 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 센서 소자의 컬러필터 형성 방법을 도시한 단면도들이다.
도 2를 참조하면, 이미지 센서 소자(미도시)가 형성된 기판(10), 예를 들면, 실리콘 기판은 절연막 형성 및 절연막의 표면 처리를 위한 공정 설비의 챔버(20)로 로딩된다.
본 실시예에서, 기판(10) 상에 형성된 이미지 센서 소자는 광을 수집하는 포토 다이오드 및 포토 다이오드에서 광의 레벨에 대응하여 발생된 신호를 지정된 타이밍에 맞춰 출력하기 위한 복수개의 트랜지스터를 포함한다.
본 실시예에서, 챔버(20)는 하부 전극(22), 상부 전극(24), 소스 가스 공급 장치(30) 및 HMD 가스 공급 장치(40)를 포함한다.
챔버(20)의 내부에에 배치된 하부 전극(22)은 상부 전극(24)과 마주보도록 배치되고, 하부 전극(22) 및 상부 전극(24) 사이에는 플라즈마를 발생하기에 적합한 고주파, 교류 전원 또는 직류 전원이 제공된다.
챔버(20)에는 챔버(20)의 내부로 절연막을 형성하기 위한 소스 가스를 제공하는 소스 가스 공급 장치(30) 및 HMDS(HexaMethylDiSilazine) 가스를 제공하는 HMDS 가스 공급 장치(40)가 연결된다. 본 실시예에서, 소스 가스 공급 장치(30)는 실랜(SiH4)을 챔버(20) 내부로 제공한다.
챔버(20) 내부에 배치된 기판(10)에는 소스 가스 공급 장치(30)에서 제공된 소스 가스에 의하여 형성된 절연물이 증착되어 절연막(50)이 형성된다. 본 실시예에서 절연막(50)은, 예를 들어, Si3N4일 수 있다.
챔버(20) 내부에 배치된 기판(10) 상에 절연막(50)이 형성된 후, 기판(10)은 하부 전극(22)에 배치된 히터(26)에 의하여 제1 온도로 가열된다. 이때, 제1 온도는 약 80℃ 내지 약 150℃ 인 것이 바람직하다. 기판(10)이 제1 온도로 가열되면, HMDS 공급 장치(40)로부터 챔버(20)의 내부로 HMDS 가스가 제공된다. 이때, HMDS 가스는 증기 상태로 제공되고, 이로 인해 기판(10)에 형성된 절연막(50)에 형성된 -O기, -OH기는 제거되고, 절연막(50) 상에는 실란기가 형성되어 절연막(50)의 친수성은 감소되고 수열 안정성(hydrothermal stability)은 크게 향상된다.
본 실시예에서는 하나의 챔버 내에서 기판(10) 상에 절연막(50)을 형성 및 절연막(50)에 수열 안정성을 향상시키기 위한 HMDS 가스를 제공하지만, 이와 다르게, 기판(10) 상에 절연막(50)을 형성하는 공정 및 절연막(50)에 HMDS 가스를 제공하는 공정을 서로 다른 챔버에서 수행하여도 무방하다.
도 3을 참조하면, 기판(10) 상에 형성된 절연막(50)을 HMDS 가스로 처리한 후, 기판(10)은 다시 열처리 챔버(60)에서 열처리된다.
본 실시예에서 열처리 챔버(60)에서 기판(10)을 열처리하는 공정은 매우 중요하다. 이는 열처리 챔버(60)에서 기판(10)을 열처리함으로써 후술 될 컬러필터와 절연막(50)의 부착력이 크게 향상되기 때문이다.
본 실시예에서, 컬러필터 및 절연막(50)의 부착력을 향상시키기 위해서 HMDS 가스에 의하여 처리된 절연막(50)은 제1 온도보다 높은 제2 온도에서 열처리된다. 본 실시예에서, 컬러필터 및 절연막(50)의 부착력을 향상시키기에 적합한 제2 온도는 약 180℃ 내지 약 200℃이다. 본 실시예에서, 기판(10)에 형성된 절연막(50)은 약 180℃ 내지 약 200℃로 가열된 핫 플레이트 또는 오븐 내에서 가열되는 것이 바람직하다.
이때, 열처리 온도가 약 180℃ 미만이거나 약 200℃ 초과할 경우 열처리를 하더라도 절연막(50) 및 컬러필터의 부착력 향상을 기대하기 어렵다.
한편, 본 발명의 다른 실시예로, 기판(10) 상에 절연막(50)을 형성하고, 절연막(50)을 HMDS 가스로 처리한 후, 절연막(50)을 약 180℃ 내지 약 200℃로 열처리한 후 절연막(50) 및 컬러필터의 부착력을 보다 향상시키기 위해 절연막(50)을 다시 HMDS 가스로 2차 처리할 수 있다.
도 4를 참조하면, 기판(10)에 형성된 절연막(50)을 약 180℃ 내지 약 200℃의 온도에서 열처리한 후, 절연막(50) 상에는 컬러필터막(70)이 형성된다.
본 실시예에서, 컬러필터막(70)은 네거티브 감광물질, 솔벤트, 컬러를 표시하기 위한 안료를 포함한다. 본 실시예에서 컬러필터막(70)은, 예를 들어, 스핀 코 팅 공정에 의하여 형성될 수 있다.
컬러필터막(70)이 형성된 후, 컬러필터막(70)은 HMDS 가스에 의하여 처리되고, 약 180℃ 내지 약 200℃의 온도에서 열처리된 절연막(50)의 표면과 강력하게 결합된다.
이때, HMDS 가스 및 약 180℃ 내지 약 200℃ 온도에서 열처리된 절연막(50) 및 컬러필터막(70)의 부착력은 단지 HMDS 가스에 의하여 처리된 절연막(50) 및 컬러필터막(70)의 부착력보다 월등히 우수하다.
HMDS 가스에 의하여 처리되고, 약 180℃ 내지 약 200℃의 온도에서 다시 열처리된 절연막(50) 상에 컬러필터막(70)이 형성된 후, 컬러필터막(70) 상에는 다시 마스크(75)가 배치된다. 본 실시예에서, 마스크(75) 중 컬러필터를 형성할 부분에는 개구(76)가 형성된다.
도 5를 참조하면, 마스크(75)의 상부로부터는 절연막(50) 상에 배치된 컬러필터막(70)을 향해 광이 주사되고, 이로 인해 마스크(75)의 개구(76)를 통과한 광이 컬러필터막(70)에 주사된다.
이후, 현상 공정을 진행함으로써, 광에 노광된 컬러필터막(70)은 절연막(50) 상에 남게 되고, 광에 노광되지 않은 컬러필터막(70)은 절연막(50)으로부터 제거되어 절연막(50) 상에는 컬러필터(80)가 형성된다.
이때, 컬러필터(80)의 투과율이 낮을 경우, 컬러필터(80) 및 절연막(50)의 경계 부분으로 제공되는 광의 광량이 충분하지 않을 수 있고 따라서 컬러필터(80) 및 절연막(50)의 부착력이 상대적으로 약해질 수 있지만, 이는 컬러필터(80) 및 절 연막(50)의 부착력은 절연막(50)을 HMDS 가스로 처리 및 절연막(50)을 약 180℃ 내지 약 200℃의 온도로 열처리함으로써 극복할 수 있다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 절연막 및 절연막 상에 배치되는 컬러필터의 부착력을 향상시키기 위해 절연막을 HMDS 가스로 일차적으로 처리한 후, HMDS 가스로 처리된 절연막을 다시 이차적으로 열처리함으로써 절연막 및 절연막 상에 배치되는 컬러필터의 부착력을 보다 향상시켜 절연막으로부터 컬러필터가 이탈되는 문제를 해결할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. 이미지 센서가 형성된 기판상에 절연막을 형성하는 단계;
    제1 온도인 80℃ 내지 150℃로 가열된 기판상에 배치된 상기 절연막 상에 증기 상태의 HMDS(HexaMethylDiSilazine)가스를 제공하여 상기 절연막의 표면을 소수성으로 개질 및 상기 절연막의 표면에 실란기를 형성하는 단계;
    상기 실란기가 형성된 상기 절연막의 표면의 수열 안정성(hydrothermal stability)를 향상시키기 위해 상기 절연막을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도인 180℃ 내지 200℃로 열처리하는 단계; 및
    열처리된 상기 절연막 상에 네거티브 포토레지스트를 포함하며 상기 실란기와 결합되는 컬러필터 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 이미지 센서 소자의 컬러필터 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 절연막을 제2 온도로 열처리한 후 상기 컬러필터 패턴을 형성하는 단계 이전에 상기 절연막을 다시 상기 HMDS 가스로 재처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 소자의 컬러필터 제조 방법.
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