KR100853788B1 - 이미지 센서에서의 층 두께 측정 방법 및 이를 위한 이미지센서의 두께 측정 패턴 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 기판상에 에피택셜 성장법을 사용하여 다수의 포토다이오드를 구비할 제 1 에피층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 에피층 상에 포토레지스트를 도포하고 패터닝하여 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 포토 레지스트 패턴에 대해 건식 식각을 수행하여 상기 제 1 에피층에 얼라인 마크(align mark)인 제 1 트렌치와 두께 측정을 위한 제 2 트렌치를 형성하는 단계와; 상기 포토 레지스트 패턴을 마스크로 하여 안티몬(Sb)을 주입하여 상기 제 1 및 제 2 트렌치의 각 하부에 제 1 및 제 2 도핑막을 형성하는 단계와; 상기 포토 레지스트 패턴을 제거하고 상기 제 1 및 제 2 트렌치를 포함한 제 1 에피층 상에 제 2 에피층을 형성하는 단계와; 상기 도핑막중 어느 하나의 영역에 대해 FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 방법을 이용하여 상기 제 2 에피층의 두께를 측정하는 단계;를 포함하는 이미지 센서에서의 층 두께 측정 방법 및 이를 위한 이미지 센서의 두께 측정 패턴에 관한 것이다.
FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy), 도핑막, 두께 측정
Description
도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 이미지 센서의 두께 측정 패턴에 대한 층 두께 측정 방법을 설명하기 위한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 이미지 센서의 두께 측정 패턴 영역을 도시한 상면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100: 반도체 기판 110: 제 1 에피층
120: 포토 레지스트 패턴 130: 제 1 트렌치
140: 제 2 트렌치 151: 제 1 도핑막
152: 제 2 도핑막 160: 제 2 에피층
170: 두께측정 영역
본 발명은 이미지 센서에서의 층 두께 측정 방법 및 이를 위한 이미지 센서 의 두께 측정 패턴에 관한 것으로서, 특히 CMOS 이미지 센서에 구비된 각 층의 두께를 직접적으로 측정하는 층 두께 측정 방법 및 이를 위한 이미지 센서의 두께 측정 패턴에 관한 것이다.
일반적으로 CMOS 이미지 센서를 포함한 반도체 소자에서 층 두께를 측정하기 위한 방법으로 FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)을 이용한 중적외(中赤外) 반사 분광법에 의한 막 두께 측정이 이용되고 있다. FT-IR법에 의한 층 두께 측정은 적외 분광계를 이용하여 반도체 소자의 층에서 반사된 반사 스펙트럼을 측정하고, 이 스펙트럼 상의 간섭 줄무늬 패턴을 해석함으로써 두께 측정을 수행하는 것이다. 이 FT-IR법에 의한 층 두께 측정은 기판상에 형성된 층이 단층인 경우에는 간섭 줄무늬 패턴에서 비교적 간단한 해석으로 두께를 구할 수 있다. 예컨대, 단층의 두께는 파수(波數) 4000∼400/cm인 중적외 영역의 적외선을 반도체 기판의 층 시료에 조사(照射)하여, 기판과 층과의 계면에서의 입사광의 반사와 반도체 기판 표면에서의 입사광의 반사 스펙트럼의 간섭 줄무늬를 측정함으로써 층 두께를 구할 수 있다.
구체적으로, 반도체 기판은 10E18∼10E19/cm3 레벨의 높은 캐리어 농도이고 에피택시얼 층과 같은 층의 캐리어 농도는 기판에 비하여 낮기 때문에, 입사한 적외선이 저농도의 에피택시얼 층을 투과한 후 에피택시얼 층과 기판 계면에서 반사되어 기판 표면의 반사광과 간섭하여, 반사 스펙트럼 상에 간섭 줄무늬가 관측되는 것을 이용하는 것이다. 즉, 간섭 줄무늬는 에피층/기판 계면의 반사광과 웨이퍼 표면의 반사광과의 광통로 길이의 차이에 기인하는 것으로, 간섭 줄무늬의 주기가 에 피막 두께에 역비례한다고 하는 관계에 근거하여 에피막 두께를 측정하는 것이다.
그러나, 실제 공정과정상에서 반도체 기판상의 에피택시얼 층의 두께를 측정하는 것은 불가능하여, 에피택시얼 층의 두께측정은 별도의 반도체 기판을 이용하여 이를 통해 두께 측정을 하게 된다. 이는 층 두께 측정의 방법인 FT-IR의 기술적 한계로 인해 하부 층과 두께를 측정하고자 하는 층간의 도펀트 차이가 2E15 atoms 이상 존재해야 두께를 측정하기 때문이다. 즉, 종래의 공정에서는 하부 층과 성장시킨 에피택시얼 층 간의 도펀트 차이가 거의 존재하지 않기 때문에 실제 공정상의 반도체 기판에 대해 두께 측정이 불가능하다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 제조과정중의 이미지 센서에 대해 층 두께를 측정하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 제조 과정 중에 층 두께를 측정할 수 있는 이미지 센서의 두께 측정 패턴을 제공하는 데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 기판상에 에피택셜 성장법을 사용하여 다수의 포토다이오드를 구비할 제 1 에피층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 에피층 상에 포토레지스트를 도포하고 패터닝하여 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계와; 상기 포토 레지스트 패턴에 대해 건식 식각을 수행하여 상기 제 1 에피층에 얼라인 마크(align mark)인 제 1 트렌치와 두께 측정을 위한 제 2 트렌치를 형성하는 단계와; 상기 포토 레지스트 패턴을 마스크로 하여 안티몬(Sb)을 주입하여 상기 제 1 및 제 2 트렌치의 각 하부에 제 1 및 제 2 도핑막을 형성하는 단계와; 상기 포토 레지스트 패턴을 제거하고 상기 제 1 및 제 2 트렌치를 포함한 제 1 에피층 상에 제 2 에피층을 형성하는 단계와; 상기 도핑막중 어느 하나의 영역에 대해 FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 방법을 이용하여 상기 제 2 에피층의 두께를 측정하는 단계;를 포함하는 이미지 센서에서의 층 두께 측정 방법 및 이를 위한 이미지 센서의 두께 측정 패턴에 관한 것이다.
본 발명에서 상기 제 1 에피층과 제 2 에피층은 TCS(SiHCl3)을 사용하여, 고온 진공 증착, MBE(Moecular Beam Epitaxy) 및 VPE(Vapor Phase Epitaxy) 중 어느 하나의 방법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 상기 안티몬(Sb)은 2.0E15 ~ 10E19 atoms의 도즈량으로 주입되는 것을 특징으로 하며, 상기 제 1 및 제 2 트렌치는 상기 반도체 기판의 하나의 샷(Shot) 영역의 일측 또는 양측에 구비되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따라 제조과정 중의 이미지 센서에 대해 층 두께를 측정하는 방법에 대해 도 1a 내지 도 1c를 참조하여 자세히 설명한다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 제조과정 중의 이미지 센서에 대해 층 두께를 측정하는 방법은 반도체 기판(100) 상에 에피택셜 성장법, 예를 들어 기판을 고온으로 가열한 상태에서 진행되는 진공 증착, MBE(Moecular Beam Epitaxy) 방법 및 VPE(Vapor Phase Epitaxy) 방법 중 어느 하나의 방법을 사용하여 포토다이오드(도시하지 않음)를 구비할 제 1 에피층(110)을 형성한다. 여기서, 제 1 에피층(110)은 TCS(SiHCl3)을 사용하여 온도 1000~1200℃, 압력 대기압(760torr) 또는 감압(20 torr 이하) 조건에서 형성한다.
이어서, 제 1 에피층(110) 상에 포토레지스트를 도포, 패터닝하여 포토 레지스트 패턴(120)을 형성하고 이 포토 레지스트 패턴(120)에 대해 건식 식각을 수행하여 제 1 에피층(110)에 얼라인 마크(align mark)인 제 1 트렌치(130)와 두께 측정을 위한 제 2 트렌치(140)를 형성한다.
제 1 트렌치(130)와 제 2 트렌치(140)를 형성한 후, 도 1b에 도시된 바와 같이 포토 레지스트 패턴(120)을 제거하지 않은 상태에서 2.0E15 atoms 이상, 구체적으로 2.0E15 ~ 10E19 atoms의 도즈량으로 안티몬(Sb)을 주입하여, 제 1 트렌치(130)와 제 2 트렌치(140)의 각 하부에 제 1 도핑막(151)과 제 2 도핑막(152)을 형성한다.
이후, 포토 레지스트 패턴(120)을 제거하고 도 1c에 도시된 바와 같이 제 1 에피층(110)과 동일한 재질과 형성방법으로 제 2 에피층(160)을 형성한다. 물론, 제 2 에피층(160)은 제 1 에피층(110)과 동일하게 외부로부터 입사되는 광을 감지하는 다수의 포토 다이오드(도시하지 않음)를 내부에 구비하게 된다.
여기서, 제 1 도핑막(151)이 구비된 제 1 트렌치(130)는 이후 공정에서 한 샷(shot)의 크기를 가늠하고 DM(Defect Monitoring)할 수 있는 얼라인 마크로서 기능 하게 되고, 제 2 도핑막(152)은 FT-IR을 이용하여 제 2 에피층(160)의 두께를 측정하기 위한 반사막으로 기능하게 된다.
이와 같이 구비된 제 2 도핑막(152)은 도 2에 도시된 바와 같이 반도체 기판의 하나의 샷 영역의 일측 또는 양측에 구비될 수 있고, 이 상태에서 제 2 에피층(160)의 두께측정 영역(170)을 통해 FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 방법을 이용하여 제 2 에피층(160)의 두께를 측정할 수 있다. 상기 FT-TR 방법은 이미 종래 기술에 상세히 언급되어 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
또한, 제 1 도핑막(151)이 구비된 제 1 트렌치(130)는 도 2의 "+"로 표시되고 제 2 도핑막(152)은 곡선 형태로 샷 영역의 일측 또는 양측에 구비되므로, 검출 장비에 반도체 기판을 배열할 때 한 샷(shot)의 크기가 어느 정도인지를 가늠할 수 있게 되어, 반도체 소자의 특성에 중요한 표면 특성의 검사, 즉 DM(defect monitoring)을 수행할 수 있다.
따라서, 본 발명은 종래에 에피 층의 두께를 측정하기 위해 별도의 더미 반도체 기판을 구비하여 에피 층 두께를 측정할 필요가 없고, 실제 반도체 기판이 아닌 더미 기판을 이용하여 측정된 데이터(data)로 실제 층의 두께를 추정할 때 발생하는 오차를 줄일 수 있다. 또한, 에피 층 표면의 DM(defect monitoring)을 가능하게 하여, 이미지 센서의 성능 향상을 기대할 수 있다.
본 발명의 기술사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으 나, 전술한 실시예들은 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다.
또한, 본 발명의 기술분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 실시가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 종래에 에피 층의 두께를 측정하기 위해 별도의 더미 반도체 기판을 구비하여 에피 층 두께를 측정할 필요가 없고, 실제 반도체 기판이 아닌 더미 기판을 이용하여 측정된 데이터(data)를 이용하여 실제 층의 두께를 추정할 때 발생하는 오차를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명은 에피 층 표면의 DM(defect monitoring)을 가능하게 하여, 이미지 센서의 성능 향상을 기대할 수 있다.
Claims (12)
- 반도체 기판상에 에피택셜 성장법을 사용하여 다수의 포토다이오드를 구비할 제 1 에피층을 형성하는 단계;상기 제 1 에피층 상에 포토레지스트를 도포하고 패터닝하여 포토 레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 포토 레지스트 패턴에 대해 건식 식각을 수행하여 상기 제 1 에피층에 얼라인 마크(align mark)인 제 1 트렌치와 두께 측정을 위한 제 2 트렌치를 형성하는 단계;상기 포토 레지스트 패턴을 마스크로 하여 안티몬(Sb)을 주입하여 상기 제 1 및 제 2 트렌치의 각 하부에 제 1 도핑막 및 제 2 도핑막을 형성하는 단계;상기 포토 레지스트 패턴을 제거하고 상기 제 1 및 제 2 트렌치를 포함한 제 1 에피층 상에 제 2 에피층을 형성하는 단계; 및상기 도핑막중 어느 하나의 영역에 대해 FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 방법을 이용하여 상기 제 2 에피층의 두께를 측정하는 단계;를 포함하는 이미지 센서에서의 층 두께 측정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 에피층과 제 2 에피층은 TCS(SiHCl3)을 사용하여, 고온 진공 증착, MBE(Moecular Beam Epitaxy) 및 VPE(Vapor Phase Epitaxy) 중 어느 하나의 방 법을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서에서의 층 두께 측정 방법.
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 안티몬(Sb)은 2.0E15 ~ 10E19 atoms의 도즈량으로 주입되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서에서의 층 두께 측정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 2 트렌치는 곡선 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서에서의 층 두께 측정 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 트렌치는 상기 반도체 기판의 하나의 샷(Shot) 영역의 일측 또는 양측에 구비되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서에서의 층 두께 측정 방법.
- 삭제
- 반도체 기판;상기 반도체 기판상에 형성되고, 다수의 포토다이오드가 구비되는 제1 에피층;상기 제1 에피층 상에 형성되는 얼라인 마크(align mark)인 제 1 트렌치와 두께 측정을 위한 제 2 트렌치;상기 트렌치들 각각의 하부에 형성되는 제 1 및 제 2 도핑막; 및상기 제 1 및 제 2 트렌치들을 포함한 제 1 에피층 상에 형성되고, 다수의 포토다이오드가 구비되는 제 2 에피층을 포함하여 구성된 이미지 센서의 두께 측정 패턴.
- 제 8 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 도핑막은 안티몬(Sb)을 2.0E15 ~ 10E19 atoms의 도즈량으로 주입하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 두께 측정 패턴.
- 제 8 항에 있어서,상기 제 1 및 제 2 트렌치는 상기 반도체 기판의 하나의 샷(Shot) 영역의 일측 또는 양측에 구비되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 두께 측정 패턴.
- 삭제
- 제 8 항에 있어서,상기 제 2 트렌치는 곡선 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 두께 측정 패턴.
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