KR100806777B1 - 씨모스 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 금속 패드 및 다수의 금속 배선을 포함하는 반도체 기판상에 제 1 패시베이션 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 패시베이션 절연막에 대해 수소(hydrogen) 분위기에서 신터(sinter) 공정을 수행하는 단계와, 상기 신터 공정이 수행된 제 1 패시베이션 절연막 상에 제 2 패시베이션 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 2 패시베이션 절연막 상의 포토레지스트 패턴을 이용하여 식각 공정을 수행함으로써 상기 금속 패드의 상부를 노출시키는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
씨모스 이미지 센서, 신터(sinter), 크랙(crack)
Description
도 1은 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 공정 단면도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
210 : 포토다이오드
220 : 반도체 기판
230 : 금속 패드
240 : 금속 배선
250 : 제 1 패시베이션 절연막
260 : 제 2 패시베이션 절연막
270 : 포토레지스트
본 발명은 씨모스 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 씨모스 이미지 센서 공정과정에서 패시베이션 산화막(passivation oxide)이 파괴되지 않고 고온 열처리를 가능하게 함으로써 이미지 특성을 개선할 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)는 광학적 이미지를 전기적 신호로 변형시키는 소자로서, 이미지 센서는 크게 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Silicon) 이미지 센서와 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서로 구분될 수 있다. CCD 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서에 비하여 광감도(Photo sensitivity) 및 노이즈(noise)에 대한 특성이 우수하나, 고집적화에 어려움이 있고, 전력 소모가 높다. 이에 반하여, CMOS 이미지 센서는 CCD 이미지 센서에 비하여 공정들이 단순하고, 고집적화에 적합하며, 전력 소모가 낮다.
따라서, 최근에는 반도체 소자의 제조 기술이 고도로 발전함에 따라, CMOS 이미지 센서의 제조 기술 및 특성이 크게 향상되어 CMOS 이미지 센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 통상적으로, CMOS 이미지 센서의 화소(pixel)는 빛을 받아들이는 포토 다이오드들과 포토 다이오드들로부터 입력된 영상신호들을 제어하는 CMOS 소자들을 구비한다. 포토 다이오드들에서는 칼라 필터를 통해 입사되는 적색(Red)광, 녹색(Green)광 및 청색(Blue)광의 파장과 세기에 따라 전자(electron)-정공(hole) 쌍이 발생하고, 발생한 전자들의 양에 따라 출력신호가 변화됨으로써 이미지를 감지할 수 있다.
CMOS 이미지 센서와 같은 이미지 센서는 포토다이오드와 같은 광전변환부가 형성되는 화소 영역과 화소 영역에서 검출되는 신호들을 검출하기 위한 주변회로 영역을 구비하고, 주변회로 영역은 화소 영역을 둘러싸도록 위치한다.
도 1은 종래의 씨모스 이미지 센서를 제조하는 과정에서 발생한 크랙(crack) 현상을 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 금속 패드(130) 및 다수의 금속 배선(140)을 포함한 반도체 기판(120)상에 패시베이션 산화막(150) 및 패시베이션 질화막(160)을 순차적으로 증착한 후, CMP(Chamical Mechanical Polishing)의 평탄화 공정을 진행한다. 이때, 패시베이션 산화막(150) 증착 후, CMP 공정을 수행할 수 있다. 또한, 반도체 기판(120) 하부에는 적색(Red)광, 녹색(Green)광 및 청색(Blue)광으로 이루어진포토다이오드(110)와 같은 광전변환부 등이 구비될 수 있다.
이어서, 평탄화 공정이 진행된 패시베이션 산화막(150)을 포함한 패시베이션 질화막(160) 상에 포토레지스트막(미도시)을 도포하고 패너닝한다. 패터닝된 포토레지스트막을 사용하여 패시베이션 산화막(150) 및 패시베이션 질화막(160)에 대해 식각하여 금속 패드(130)의 상부를 노출시킨다.
이어서, 전술한 바와 같은 식각 공정 후 금속 패드(130)의 상부가 노출된 상태에서, 400℃ 정도의 수소(hydrogen) 신터(sinter) 공정을 진행하면 도면에 도시한 바와 같이, 패시베이션 산화막(150)의 일부에 크랙(crack)(170)이 발생한다.
전술한 방법에 의한 씨모스 이미지 센서를 형성하기 위한 제조 과정에서, 패시베이션 산화막(150) 및 패시베이션 질화막(160)에 대해 식각 공정이 수행된 상태에서 신터 공정을 진행할 경우, 패시베이션 산화막(150)과 패시베이션 질화막(160) 사이 계면에서 응력(stress)이 증가한다. 즉, 이러한 응력은 반도체 기판(120)에 형성된 금속 배선들에게 전달됨으로써 금속 배선들의 부피 팽창으로 인하여 패시베이션 산화막(150)에 대해 크랙(crack)(170) 현상을 유발함에 따라 금속 배선의 신뢰성을 저하시킨다. 또한, 400℃ 이상의 고온에서는 신터 공정을 수행할 수 없어 이미지 특성을 개선하기 어려운 문제가 있다.
전술한 문제를 해결하기 위해 본 발명은, 씨모스 이미지 센서 공정과정에서 패시베이션 산화막(passivation oxide)이 파괴되지 않고 고온 열처리를 가능하게 함으로써 이미지 특성을 개선할 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 금속 패드 및 다수의 금속 배선을 포함하는 반도체 기판상에 제 1 패시베이션 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 1 패시베이션 절연막에 대해 수소(hydrogen) 분위기에서 신터(sinter) 공정을 수행하는 단계와, 상기 신터 공정이 수행된 제 1 패시베이션 절연막 상에 제 2 패시베이션 절연막을 형성하는 단계와, 상기 제 2 패시베이션 절연막 상의 포토레지스트 패턴을 이용하여 식각 공정을 수행함으로써 상기 금속 패드의 상부를 노출시키는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에서, 상기 제 1 패시베이션 절연막을 형성한 후, CMP(Chmacal Mechanical Polishing) 공정을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에서, 상기 제 1 패시베이션 절연막은 SiO2를 포함하는 산화막을 사용하고, 상기 제 2 패시베이션 절연막은 Si3N4를 포함하는 질화막을 사용한다.
본 발명에서, 상기 신터 공정은 400 ~ 450℃의 온도에서 10 ~ 30분 동안 고온의 열처리 공정을 수행한다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 자세히 설명한다.
본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 와이어 본딩이 이루어지도록 하기 위한 금속 패드(230) 및 다수의 금속 배선(240)을 포함한 P형의 에피 실리콘으로 이루어진 반도체 기판(220)상에 제 1 패시베이션 절연막(250)을 형성한다. 여기서, 씨모스 이미지 센서의 주변 영역에 유입되는 빛을 차단하기 위하여 도 2a에 도시된 바와 같이 넓은 금속 배선(240)이 사용될 수 있다. 그리고, 제 1 패시베이션 절연막(250)은 SiO2를 포함한 산화막을 이용하여 형성한다. 또한, 반도체 기판(220) 하부에는 적색(Red)광, 녹색(Green)광 및 청색(Blue)광으로 이루어진 포토다이오드(210)와 같은 다수의 광전변환부 등이 구비될 수 있다.
그 후, 제 1 패시베이션 절연막(250) 상에 바로 제 2 패시베이션 절연막(260)을 형성하여 식각한 후, 열처리 공정을 진행하던 종래의 공정순서와는 다르 게, 제 1 패시베이션 절연막(250)에 대해 CMP(Chamical Mechanical Polishing) 공정을 수행한 후, 평탄화된 제 1 패시베이션 절연막(250)에 대해 수소 분위기에서 고온의 열처리 공정 예컨대, 수소 신터(Hydrogen Sinter) 공정을 진행한다. 이때, 이미지 특성을 고려하여 수소 신터 공정온도를 400 ~ 450℃의 고온의 온도범위 내에서 10 ~ 30분 동안 자유롭게 변경하여 진행할 수 있다.
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 수소 신터 공정이 수행된 제 1 패시베이션 절연막(250) 상에 제 2 패시베이션 절연막(260)을 형성한다. 이때, 제 2 패시베이션 절연막(260)은 Si3N4를 포함하는 질화막을 이용하여 형성할 수 있다.
즉, 전술한 바와 같이, 제 1 패시베이션 절연막(250)을 형성한 후, 식각 공정을 수행하기 전에 바로 수소 신터 공정을 수행함에 따라, 제 1 패시베이션 절연막(250)상에 제 2 패시베이션 절연막(260)이 적층된 상태에서 열에 의한 응력(stress)을 상쇄시킬 수 있음으로써 금속 배선의 부피 팽창을 줄여 크랙(crack) 현상을 방지할 수 있다.
다음으로, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제 2 패시베이션 절연막(260) 상에 포토레지스트(270) 물질을 도포하고 금속 패드(230) 영역 상부를 노출하기 위해 포토레지스트(270)에 대해 패터닝한다. 이어서, 패터닝된 포토레지스트를 식각 마스크로 사용하여 제 2 패시베이션 절연막(260) 및 제 1 패시베이션 절연막(250)을 식각하여 후속의 와이어 본딩이 이루어지도록 반도체 기판(220) 상의 금속 패드(230) 상부 영역을 노출시킨다.
본 발명은 씨모스 이미지 센서를 구현하기 위한 공정 과정의 일부분으로서, 전술한 바와 같은 공정 순서로 진행할 경우, 산화막으로 이루어진 제 1 패시베이션 절연막(250)과 질화막으로 이루어진 제 2 패시베이션 절연막(260) 사이에서 발생하는 응력(stress)을 완화시킬 수 있어 고온의 수소 신터 공정시 산화막의 크랙(crack)을 방지할 수 있고, 이로 인하여 금속 배선의 신뢰성 문제를 개선할 수 있다. 또한, 400℃ 이상의 고온에서도 신터 공정을 수행할 수 있어 이미지 특성을 향상시킬 수 있다.
지금까지 본 발명의 구체적인 구현예를 도면을 참조로 설명하였지만 이것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적 지식을 가진 자가 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것이고 발명의 기술적 범위를 제한하기 위한 것이 아니다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여 정하여지며, 도면을 참조로 설명한 구현예는 본 발명의 기술적 사상과 범위 내에서 얼마든지 변형하거나 수정할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 와이어 본딩이 이루어지도록 하기 위한 금속 패드 상부를 노출시키는 공정과정에서 패시베이션 절연막을 식각하기 전에 수소 신터 공정을 수행함으로써 패시베이션 절연막에 크랙(crack) 현상이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 이러한 크랙 현상을 억제함으로써 고온의 신터 공정을 가능하게 하여 이미지 특성을 개선할 수 있다.
Claims (4)
- 금속 패드 및 다수의 금속 배선을 포함하는 반도체 기판상에 제 1 패시베이션 절연막을 형성하는 단계와,상기 제 1 패시베이션 절연막에 대해 수소(hydrogen) 분위기에서 신터(sinter) 공정을 수행하는 단계와,상기 신터 공정이 수행된 제 1 패시베이션 절연막 상에 제 2 패시베이션 절연막을 형성하는 단계와,상기 제 2 패시베이션 절연막 상의 포토레지스트 패턴을 이용하여 식각 공정을 수행함으로써 상기 금속 패드의 상부를 노출시키는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 패시베이션 절연막을 형성한 후, CMP(Chmacal Mechanical Polishing) 공정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 패시베이션 절연막은 SiO2를 포함하는 산화막을 사용하고, 상기 제 2 패시베이션 절연막은 Si3N4를 포함하는 질화막을 사용하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 신터 공정은 400 ~ 450℃의 온도에서 10 ~ 30분 동안 고온의 열처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
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