KR100873810B1 - 퓨즈박스를 갖는 이미지센서 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 퓨즈박스 형성을 위한 식각공정에서의 마진을 확보할 수 있는 이미지센서 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 수광소자가 형성된 반도체기판의 소자분리막 상부에 퓨즈를 형성하는 단계; 상기 반도체기판에 절연막으로 둘러싸인 금속패드를 형성하는 단계; 상기 수광소자 상부에 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 퓨즈박스 식각마스크를 이용하여 상기 퓨즈 상부의 상기 절연막 일부를 선택적으로 식각하여 제1폭의 제1퓨즈박스를 형성하는 단계; 및 상기 제1퓨즈박스가 형성된 하부의 상기 절연막의 두께가 주위에 비해 얇도록 상기 절연막을 선택적으로 식각하여 레이져 융단시 상기 퓨즈를 절단하기 위해 상기 제1폭보다 작은 제2폭의 제2퓨즈박스를 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.

이미지센서, 레이져 융단, 폴리실리콘, 퓨즈, 퓨즈박스, 패드, 리페어.

Description

퓨즈박스를 갖는 이미지센서 제조방법{Method for fabricating image sensor having fuse box}

도 1은 종래의 퓨즈박스를 갖는 종래의 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도.

도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도.

도 3은 본 발명의 퓨즈박스를 도시한 평면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

30 : 반도체기판 31 : 필드산화막

32 : 수광소자 33, 34, 35 : 금속패드

36 : 절연막 37 : 퓨즈

38 : 마이크로렌즈 40 : 제1퓨즈박스

41 : 패드 식각마스크 42 : 제2퓨즈박스

43 : 오픈부

본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 레이져 융단(Laser blowing)을 위한 안정적인 퓨즈를 갖는 이미지센서 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지센서란 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 찍어(Capture)내는 장치이다. 자연계에 존재하는 각 피사체의 부분은 빛의 밝기 및 파장 등이 서로 달라서 감지하는 장치의 각 화소에서 다른 전기적인 값을보이는데, 이 전기적인 값을 신호처리가 가능한 레벨로 만들어 주는 것이 바로 이미지 센서가 하는 일이다.

이를 위해 이미지센서는 수십만에서 수백만 개의 화소로 구성된 화소 어레이와, 화소에서 감지한 아날로그(Analog) 데이터를 디지털(Digital) 데이터로 바꿔주는 장치와, 수백에서 수천 개의 저장 장치 등으로 구성되는데, 이때 이러한 많은수의 장치들로 인해 이미지센서는 항상 공정상 오류 가능성을 가지게 된다.

한편, 이러한 이미지 센서의 질은 불량화소의 개수에 따라 제품의 등급이 결정되며, 불량화소의 개수가 적을수록 양질의제품이 된다. 이미지센서에서 이러한 불량화소로 인한 오류는 화면 상에 작은 반점 또는 줄로 나타나게 되는데, 이때 이러한 부분 오류가 있는 이미지 센서 칩을 모두 불량 칩으로 판정하는 경우, 수율이 감소하게 되는 문제가 있다.

따라서, 이미지센서 제조시 퓨즈부를 설계하고 칩 공정이 완료된 후 웨이퍼 에서 테스트를 실시하여 불량화소가 검출될 경우 이를 레이져 융단을 통해 제거하는 방법이 사용되고 있다.

도 1은 종래의 퓨즈박스를 갖는 종래의 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 퓨즈영역(a-a')에서는 반도체 기판(10)에 필드산화막(11)이 형성되어 있으며, 필드산화막(11) 상부에 메탈 또는 폴리실리콘 등으로 이루어진 퓨즈(21)와 산화막 계열의 절연막(16)이 형성되어 있다. 절연막(16)은 불량화소 판정에 의한 퓨즈(21) 절단을 위해 레이져 융단이 용이하도록 퓨즈(21) 상부에 얇은 두께만이 존재하도록 정의된 퓨즈박스(19)에 의해 식각되어 있다.

패드(Pad)영역(b-b')에서는 제1 내지 제3전도성패드(13, 14, 15)가 3중으로 형성되어 있으며, 단위화소 영역(c-c')에서는 반도체 기판(10)에 포토다이오드와 트랜스퍼게이트와 플로팅센싱노드 등을 구비하는 단위화소가 형성되어 있으며, 포토다이오드 등의 수광소자 상부에 마이크로렌즈(17)가 형성되어 있다.

불량화소감춤(Dead Pixel Concealment)을 위한 레이져 융단 기술 적용을 위해서는 퓨즈(21) 상부에 절연막(16)을 일정 두께만 남도록 식각하여 퓨즈박스(19)를 형성한다.

폴리실리콘 퓨즈(21) 적용시 CMOS 이미지센서 소자가 3중 이상의 금속패드(13, 14, 15)를 사용하고, 도시된 패드식각 마스크(18)를 통해 패드식각(20)시 퓨즈박스(19) 식각을 동시에 진행한다. 한편, 전술한 바와 같이 퓨즈박스(19) 형성시 퓨즈(21) 상부에 일정 두께의 절연막(16)을 남겨야하므로 패드 의 상부 금속에 대한 어택을 주지 않을 수가 없다.

또한, 폴리실리콘 퓨즈박스(19)를 식각해 내기 위해 패드식각 마스크(18) 두께가 두꺼워야 하나 마스크용 포토레지스트의 도포 특성상 균일성(Uniformity) 확보에 한계가 있으며, 만일 두께가 얇을 경우 마이크로렌즈(17)에 어택을 줄 수 있다.

따라서, 전술한 바와 같이 퓨즈박스 형성을 위한 식각공정에서의 문제점을 극복할 수 있는 해결책이 절실하게 필요한 실정이다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 퓨즈박스 형성을 위한 식각공정에서의 마진을 확보할 수 있는 이미지센서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 퓨즈영역, 패드영역 및 수광소자영역을 포함하는 이미지센서 제조방법에 있어서, 상기 수광소자영역에 수광소자, 상기 퓨즈영역에 퓨즈가 형성된 반도체기판을 준비하는 단계와, 상기 패드영역의 상기 반도체기판 상에 금속패드를 형성하는 단계와, 상기 수광소자, 상기 퓨즈 및 상기 금속패드를 덮도록 절연막을 형성하는 단계와, 상기 수광소자영역의 상기 절연막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계와, 상기 퓨즈영역의 상기 절연막의 일부를 선택적으로 식각하여 제1폭의 제1퓨즈박스를 형성하는 단계와, 상기 금속패드가 노출되도록 상기 패드영역의 절연막을 식각하되, 상기 제1퓨즈박스를 통해 노출되는 상기 퓨즈영역의 절연막을 동시에 식각하여 레이져 융단시 상기 퓨즈를 절단하기 위해 상기 제1폭보다 작은 제2폭의 제2퓨즈박스를 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.

본 발명은, 퓨즈박스 식각마스크를 이용하여 1차식각을 진행하고 패드식각 마스크를 이용하여 2차식각을 진행함으로써, 마이크로렌즈의 어택없이 안정적인 퓨즈박스 형성을 위한 식각공정을 진행할 수 있도록 한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 2a 내지 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조 공정을 도시한 단면도로서, 이를 참조하여 종래의 이미지센서 제조 공정을 살펴본다.

도 2a를 참조하면, 반도체기판(30) 상에 필드산화막(31)을 형성한 다음, 수광소자영역(c-c')에서 포토다이오드 등의 수광소자(32)를 형성하고, 퓨즈영역(a-a')에서 폴리실리콘 또는 금속 등을 이용하여 퓨즈(37)를 형성한다.

PMD(Pre Metal Dielectric)막 형성과 제1 내지 제3 금속패드(33, 34, 35) 형성 공정 및 IMD(Inter Metal Dielectric)막 등의 형성 공정을 실시한다.

이어서, 수광소자영역(c-c') 상부에 칼라필터 어레이(Color Filter Array)를 형성하고 평탄화층(Planarization layer)과 보호막(Passivation layrt)을 형성하고 마이크로렌즈(38)를 형성한다.

여기서, 도시된 도면부호 '36'은 절연막으로서 전술한 PMD막, IMD막, 평탄화층을 모두 포함하는 바, 주로 산화막 계열 물질막으로 이루어진다.

한편, 본 발명은 전술한 바와 같이 퓨즈박스 형성을 위한 식각 공정시 종래의 경우 패드식각시 동시에 형성하였으나, 본 발명은 패드식각시 퓨즈박스가 형성되는 퓨즈영역에서의 식각마진을 확보하기 위해 퓨즈박스 형성을 위한 식각마스크를 이용한 1차 식각을 통해 제1퓨즈박스(40)를 형성한다.

여기서, 도면부호 '39'는 제1퓨즈박스(40) 형성을 위한 퓨즈박스 식각마스크를 도시하는 바, 퓨즈박스 식각마스크(40)를 이용하여 절연막(36)을 선택적으로 식각하여 소정의 깊이로 제1퓨즈박스(40)를 형성한다. 제1퓨즈박스(40)의 폭은 후속 제2퓨즈박스에 비해 그 폭이 넓은 'W1'의 폭으로 형성한다.

이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 포토레지스트를 이용한 사진식각 공정을 통해 패드식각을 위한 마스크(41)를 형성하는 바, 종래의 방식과 같이 패드식각을 통해 금속패드(35)를 노출시키는 오픈부(43)를 형성함과 동시에 퓨즈(37) 상부에 일정 두께의 절연막(36)이 잔류하도록 하는 2차식각을 통해 제2퓨즈박스(42)를 형성한다.

여기서, 레이져 융단시 퓨즈(37)의 커팅(Cutting)이 가능하도록 절연막(36)을 선택적으로 식각하여 퓨즈(37) 상부의 절연막(36)의 두께가 주위에 비해 얇은 제2퓨즈박스(42)를 형성하는 바, 제2퓨즈박스(42)의 폭(W1)은 제1퓨즈박스(40)의 폭(W2)에 비해 더 좁도록 한다.

도 3은 본 발명의 퓨즈박스를 도시한 평면도이다.

도 3을 참조하면, 퓨즈(37)가 배열되어 있고, 그 상부의 절연막을 식각하여 제1퓨즈박스(40)와 제2퓨즈박스(42)가 형성되어 있는 바, 제1퓨즈박스(40)의 크기가 제2퓨즈박스(42)의 크기보다 큼을 확인할 수 있다.

따라서, 패드 식각에 따른 공정 마진을 확보하여 퓨즈 상부의 잔류 절연막(36)의 두께를 일정하게 제어하는 것이 용이해지며, 패드 상부의 반사방지막 성분을 완전히 식각해 낼 수 있다. 이에 따라 퓨즈 상부의 절연막 두께를 일정하게 하여 레이져 리페어의 불량률을 줄일 수 있다.

또한, 제2퓨즈박스 형성을 위한 식각 즉, 패드식각시의 제2퓨즈박스의 크기를 제1퓨즈박스의 크기보다 작게하여 패드식각 마스크 형성시 오정렬(Misalignment)에 대한 마진을 확보함으로써, 안정적으로 마스크 형성을 할 수 있고 제2퓨즈박스 식각에 따른 측면 파티클 발생을 방지할 수 있다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

상술한 본 발명은, 이미지센서에서 수율 저하의 원인이 되는 불량화소 제거를 위해 레이져 리페어를 실시함으로 인해 수율을 향상시키며, 레이져 리페어 퓨즈박스 형성을 위한 식각공정에서의 식각 불량을 방지할 수 있어, 궁극적으로 이미지 센서의 수율을 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.

Claims (4)

1. 퓨즈영역, 패드영역 및 수광소자영역을 포함하는 이미지센서 제조방법에 있어서,

   상기 수광소자영역에 수광소자, 상기 퓨즈영역에 퓨즈가 형성된 반도체기판을 준비하는 단계;

   상기 패드영역의 상기 반도체기판 상에 금속패드를 형성하는 단계;

   상기 수광소자, 상기 퓨즈 및 상기 금속패드를 덮도록 절연막을 형성하는 단계;

   상기 수광소자영역의 상기 절연막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계;

   상기 퓨즈영역의 상기 절연막의 일부를 선택적으로 식각하여 제1폭의 제1퓨즈박스를 형성하는 단계; 및

   상기 금속패드가 노출되도록 상기 패드영역의 절연막을 식각하되, 상기 제1퓨즈박스를 통해 노출되는 상기 퓨즈영역의 절연막을 동시에 식각하여 레이져 융단시 상기 퓨즈를 절단하기 위해 상기 제1폭보다 작은 제2폭의 제2퓨즈박스를 형성하는 단계

   를 포함하는 이미지센서 제조방법.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 절연막은 산화막을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 퓨즈는 폴리실리콘 또는 금속을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조방법.

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