KR100897684B1 - 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은,단위화소를 포함하는 반도체 기판 상에 하부 배리어층을 형성하는 단계; 상기 하부 배리어층 상에 도전층을 형성하는 단계; 상기 도전층 상에 TiNx층 및 TiN층을 포함하는 상부 배리어층을 형성하는 단계; 상기 하부 배리어층, 도전층 및 상부 배리어층을 패터닝하여 상부배선 및 도전성 패드를 형성하는 단계; 상기 상부배선 및 도전성 패드를 포함하는 반도체 기판 상에 절연층 및 보호층을 형성하는 단계; 상기 도전성 패드의 상면을 노출시키는 단계; 및 상기 단위화소에 대응하는 상기 보호층 상에 컬러필터를 형성하는 단계를 포함한다.
이미지 센서, 금속배선, 패드
Description
실시예에서는 이미지 센서의 제조방법이 개시된다.
실시예는 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학적 영상(Optical Image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 크게 전하결합소자(charge coupled device:CCD) 이미지 센서와 씨모스(Complementary Metal Oxide Silicon:CMOS) 이미지 센서(CIS)로 구분된다.
씨모스 이미지 센서는 단위 화소 내에 포토다이오드와 모스트랜지스터를 형성시킴으로써 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 형상을 구현한다.
씨모스 이미지 센서 공정에서 금속배선을 형성하고 소자를 외부의 수분 및 스크래치로부터 보호하기 위하여 보호막을 형성하고 패드(pad) 오픈 공정 수행한 다음 상기 보호막 상에 컬러필터 어레이 및 마이크로 렌즈를 형성하게 된다.
그러나, 상기 컬러필터 어레이 또는 마이크로 렌즈 형성 공정 시 노출된 패드 금속의 표면이 부식 또는 손상되는 문제가 있다.
실시예에서는 이미지 센서의 이미지 특성에는 영향을 주지 않으면서 패드 표면의 부식 또는 손상을 방지할 수 있는 이미지 센서의 제조방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은,단위화소를 포함하는 반도체 기판 상에 하부 배리어층을 형성하는 단계; 상기 하부 배리어층 상에 도전층을 형성하는 단계; 상기 도전층 상에 TiNx층 및 TiN층을 포함하는 상부 배리어층을 형성하는 단계; 상기 하부 배리어층, 도전층 및 상부 배리어층을 패터닝하여 상부배선 및 도전성 패드를 형성하는 단계; 상기 상부배선 및 도전성 패드를 포함하는 반도체 기판 상에 절연층 및 보호층을 형성하는 단계; 상기 도전성 패드의 상면을 노출시키는 단계; 및 상기 단위화소에 대응하는 상기 보호층 상에 컬러필터를 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법은 도전성 패드의 상부에 형성된 상부 배리어층이 치밀한 막질을 가지도록 형성되어 컬러필터 및 마이크로 렌즈 형성 공정시의 현상물질에 의한 패드 손상 및 부식을 방지하여 이미지 센서의 품질을 향상시킬 수 있다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설 명한다.
실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/위(on/over)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/위(on/over)는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
도 1 내지 도 5는 실시예에 따른 이미지 센서의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하여, 반도체 기판(10) 상에는 포토다이오드를 포함하는 단위화소(15)가 형성되어 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 반도체 기판(10) 상에는 액티브 영역과 필드영역을 정의하는 소자분리층이 형성될 수 있다.
상기 반도체 기판(10) 상에는 단위화소(15) 및 단위화소(15)의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현하기 위한 회로부(미도시)가 형성될 수 있다. 상기 단위화소(15)는 빛을 수광하여 광전하를 생성하는 포토다이오드 및 상기 포토다이오드에 연결되어 수광된 광전하를 전기신호를 변환하는 씨모스 회로를 포함한다.
상기 단위화소(15)를 포함하는 관련소자들이 형성된 이후에, 상기 반도체 기판(10) 상에 하부배선층이 형성된다.
상기 하부배선층은 하부 절연층(20)과, 상기 하부 절연층(20)을 관통하는 하부배선(25)을 포함한다. 예를 들어, 상기 하부 절연층(20)은 산화막 또는 질화막을 포함하며 복수의 층으로 형성될 수 있다.
상기 하부배선(25)은 전원라인, 신호라인 및 단위화소(15)와 연결되는 것으로 단위화소(15)로 입사되는 빛을 가리지 않도록 의도적으로 레이아웃되어 형성된다. 상기 하부배선(25)은 금속, 합금 또는 실리사이드를 포함하는 다양한 전도성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 하부배선(25)은 알루미늄, 구리, 코발트 및 텅스텐과 같은 금속으로 형성될 수 있다.
상기 하부배선층 상에 하부 배리어층, 도전층(50) 및 상부 배리어층이 형성된다.
상기 하부 배리어층은 상기 도전층(50)의 전도성 배리어막 역할을 하는 것으로 Ti층(30)과 TiN층(40)이 적층될 수 있다. 또는 상기 Ti층(30) 또는 TiN층(40) 중 어느 하나가 하부 배리어층으로 사용될 수도 있다.
상기 하부 배리어층 상으로 도전층(50)이 형성된다. 상기 도전층(50)은 상기 하부배선(25)과 연결되어 신호를 전달하기 위한 것으로 알루미늄, 알루미늄 합금 등 전기적으로 저항이 낮은 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 도전층(50)은 PVD 방법에 의하여 AlCu를 타켓으로 이용하고 챔버 내의 온도를 300~350℃으로 세팅하여 형성될 수 있다. 상기와 같이 AlCu를 이용한 도전층(50)이 300~350℃에 형성되면 알루미늄의 그레인 사이즈가 가장 이상적으로 형성되어 상기 도전층(50)에서의 전자이동성이 향상될 수 있다.
상기 도전층(50) 상으로 상부 배리어층이 형성된다. 상기 상부 배리어층은 상기 도전층(50)의 전도성 배리어막 역할을 하는 것으로 TiNx층(60)과 TiN층(70)이 적층되어 형성될 수 있다.
상기 TiNx층(60) 및 TiN층(70)은 N2 분위기에서 Ar 또는 N2 가스를 주입하여 형성될 수 있다. 즉, 상기 TiNx층(60) 및 TiN층(70)은 PVD 방법에 의하여 N2 분위기에서 인-시튜(In-situ) 공정에 의하여 연속적으로 형성될 수 있다.
상기 TiNx층(60)은 N2 분위기의 PVD 챔버에서 Ar가스를 주입하여 50~100Å의 두께로 형성될 수 있다. 상기 PVD 챔버가 내부가 N2 분위기이므로 N2 가스를 주입하지 않더라도 상기 도전층(50) 상에 불순물이 함유된 TiNx층(60)이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 TiNx층(60)의 형성에 의하여 Ti가 하부의 도전층(50)과 반응하지 않게 되므로 상기 도전층(50)과의 계면에 TiAl3 가 형성되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 TiNx층(60) 형성시 N2 가스가 주입되지 않으므로 상기 TiNx층(60)은 치밀한 막질을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 TiNx층(60)에서 x는 0 보다는 크고 1보다는 작은 값(0<x<1)을 가질 수 있다.
상기 TiN층(70)은 N2 분위기의 PVD 챔버에서 Ar 가스와 N2 가스의 비율을 1:1 또는 N2 가스가 상기 Ar 가스보다 적은 량이 주입되도록 증착함으로써 형성할 수 있다. 상기 TiN층(70) 형성시 N2 가스의 양이 Ar 가스와 동일하거나 적은 양이 주입되므로 상기 TiN층(70)은 치밀한 막질을 가질 수 있다. 이것은 상기 TiN층(70) 의 형성시 N2 가스의 양이 적아지면 상기 TiN층(70)의 내부에 핀홀이 제거되거나 적아지기 때문에 상기 TiN층(70)은 치밀한 막질을 가질 수 있다.
상기 도전층(50)의 전도성 배리어막으로 사용되는 상기 상부 배리어층이 치밀한 막질을 가지게 되므로 후속 공정에 의하여 도전성 패드의 오염 및 부식을 방지하여 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 상부 배리어층인 TiNx층(60)과 TiN층(70)이 인-시튜(In-situ) 공정에 의하여 형성되므로 공정시간 및 단계를 단순화 시킬 수 있다.
도 2를 참조하여, 상기 반도체 기판(10) 상에 상부배선(80) 및 도전성 패드(90)가 형성된다.
상기 상부배선(80) 및 도전성 패드(90)는 상기 상부 배리어층, 도전층(50) 및 하부 배리어층을 식각함으로써 형성될 수 있다. 따라서, 상기 상부배선(80) 및 도전성 패드(90)는 동시에 형성될 수 있다.
상기 상부배선(80) 및 도전성 패드(90)의 하부에는 Ti 패턴(31) 및 TiN 패턴(41)이 형성되어 상기 상부배선(80) 및 도전성 패드(90)의 하부 표면이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
상기 상부배선(80) 및 도전성 패드(90)의 상부에는 TiNx 패턴(61) 및 TiN 패턴(71)이 형성되어 상기 상부배선(80) 및 도전성 패드(90)의 상부 표면이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
도 3을 참조하여, 상기 상부배선(80) 및 도전성 패드(90)를 포함하는 반도체 기판(10) 상에 절연층(100) 및 보호층(110)이 형성된다.
상기 절연층(100)은 상기 상부배선(80) 및 상기 도전성 패드(90)를 상호 절연시키기 위한 것으로 상기 반도체 기판(10) 상에 USG막을 증착하여 형성될 수 있다.
상기 보호층(110)은 외부의 수분이나 스크래치로부터 소자를 보호하기 위한 것으로, 예를 들어 산화막 또는 질화막이거나 상기 막들의 적층구조로 이루어질 수 있다.
도 4를 참조하여, 상기 도전성 패드(90)가 노출된다.
상기 도전성 패드(90)의 노출은 상기 보호층(110) 상에 포토레지스트막을 도포하고 리소그라피 공정에 의하여 상기 도전성 패드(90)에 대응하는 보호층(110)의 표면을 노출시키는 포토레지스트 패턴(200)을 형성한다. 그리고, 상기 포토레지스트 패턴(200)을 식각마스크로 상기 보호층(110) 및 상기 절연층(100)을 식각하면 패드홀(120)이 형성되어 상기 도전성 패드(90)가 노출된다.
도 4를 참조하여, 상기 단위화소(15)에 대응하는 보호층(110) 상으로 컬러필터 어레이(130)가 형성된다.
상기 컬러필터 어레이(130)는 염색된 포토레지스트를 사용하며 각각의 단위화소(15) 마다 하나의 컬러필터가 형성되어 입사하는 빛으로부터 색을 분리해낸다. 이러한 컬러필터 어레이(130)는 각각 다른 색상을 나타내는 것으로 그린(green), 레드(red), 블루(blue)의 3가지 색으로 이루어질 수 있다.
상기 컬러필터 어레이(130)가 형성된 후 그 상부로는 평탄화층(140)이 형성 될 수 있다. 상기 평탄화층(140)은 컬러필터 어레이(130)에 단차가 형성될 경우 이를 보완하기 위한 것이다.
도시되지는 않았지만, 상기 컬러필터 어레이(130)가 형성된 후 그 상부로는 마이크로 렌즈가 추가적으로 형성될 수 있다.
상기와 같이 컬러필터 어레이(130)의 각 컬러필터는 상기 단위화소(15)에 대응하도록 형성되어 해당 단위화소(15) 이외의 영역에는 컬러필터 물질을 제거해야 한다. 특히, 상기 도전성 패드(90)의 표면은 노출되어야만 하므로 상기 컬러필터 물질의 제거는 필수적이다.
상기 컬러필터 물질의 제거시 사용되는 현상물질 또는 폴리머 등이 상기 패드홀(120)을 통하여 형성되어 상기 도전성 패드(90)를 오염시킬 수 있다. 이를 방지하기 위하여 실시예에서는 상기 도전성 패드(90)의 TiNx층(60) 및 TiN층(70)의 형성시 N2 가스의 주입을 조절하여 치밀한 막질을 가지는 상부 배리어층을 형성하였다.
즉, 상기 TiNx층(60)은 N2 분위기에서 Ti를 증착하여 형성되므로 핀홀이 제거된 치밀한 막질을 가질 수 있고, 상기 TiN층(70)은 Ar 가스와 N2 가스의 비를 1:1로 조절하여 Ti를 증착하여 형성되므로 핀홀이 제거된 치밀한 막질을 가질 수 있다. 특히, 상기 TiNx층(60)은 상기 TiN층(70)보다 치밀한 막질로 형성될 수 있다.
따라서, 상기 TiNx층(60) 및 TiN층(70)으로 이루어지는 상부 배리어층이 치밀한 막을 가지게 된다. 이에 상기 도전성 패드(90) 상부에 형성된 컬러필터 물질 의 제거시 사용되는 현상액 또는 폴리머 등이 상기 도전성 패드(90)의 내부로 침투하는 것을 방지하여 상기 도전성 패드(90)의 오염 및 부식을 방지할 수 있게 된다.
만일, 상기 컬러필터 물질 및 폴리머 등이 상기 도전성 패드(90)의 내부로 침투된다면 도 6에 도시된 바와 같이 상기 상부 배리어층에 대한 오버 에치를 50% 이상 진행하여 상기 도전성 패드(90)를 보호할 수 있다.
또한, 상기 TiNx층(60) 및 TiN층(70)은 인-시튜 공정에 의하여 연속적으로 형성되므로 공정 단계 및 시간을 감소시켜 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 TiNx층(60)은 N2 분위기에서 불순물이 함유된 상태로 형성되므로 하부의 도전층(50)인 알루미늄과 반응이 억제되어 TiAl3를 형성하지 않게 되므로, 상기 도전성 패드(90)의 전도성은 향상될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
도 1 내지 도 6은 실시예에 따른 이미지 센서의 제조공정을 나타내는 단면도이다.
Claims (11)
- 단위화소를 포함하는 반도체 기판 상에 하부 배리어층을 형성하는 단계;상기 하부 배리어층 상에 도전층을 형성하는 단계;상기 도전층 상에 TiNx층(0<x<1) 및 TiN층이 적층된 상부 배리어층을 형성하는 단계;상기 하부 배리어층, 도전층 및 상부 배리어층을 패터닝하여 상부배선 및 도전성 패드를 형성하는 단계;상기 상부배선 및 도전성 패드를 포함하는 반도체 기판 상에 절연층 및 보호층을 형성하는 단계;상기 도전성 패드의 상면을 노출시키는 단계; 및상기 단위화소에 대응하는 상기 보호층 상에 컬러필터를 형성하는 단계를 포함하고,상기 TiNx층은 N2 분위기의 PVD 챔버에서 Ar가스를 주입하여 형성되고,상기 TiN층은 PVD 챔버에서 Ar 가스와 N2 가스가 1:1로 주입되어 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 TiNx층 및 TiN층은 N2 분위기의 PVD 챔버에서 연속적으로 형성되는 이미지 센서의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서상기 TiN층은 Ar 가스의 양보다 N2 가스가 적게 주입되어 형성되는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 TiNx층과 TiN층은 인-시튜 공정으로 진행되는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 도전층은 Al 또는 AlCu로 형성되는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 도전층은 300~350℃의 온도에서 PVD 공정에 의하여 형성되는 이미지 센 서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 TiNx층은 상기 TiN층보다 치밀한 막질로 형성되는 이미지 센서의 제조방법.
- 제1항에 있어서,상기 컬러필터를 형성한 후 상기 도전성 패드의 표면을 노출시키는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
- 제10항에 있어서,상기 도전성 패드의 표면 노출시 상기 도전성 패드가 오버 에치되는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조방법.
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Citations (3)
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| US6376353B1 (en) | 2000-07-03 | 2002-04-23 | Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. | Aluminum and copper bimetallic bond pad scheme for copper damascene interconnects |
| KR20050121415A (ko) * | 2004-06-22 | 2005-12-27 | 동부아남반도체 주식회사 | 이미지 센서의 금속패드 산화 방지 방법 |
| KR20060007547A (ko) * | 2004-07-20 | 2006-01-26 | 동부아남반도체 주식회사 | 씨모스 이미지 센서의 제조 방법 |
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2007
- 2007-10-30 KR KR1020070109356A patent/KR100897684B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6376353B1 (en) | 2000-07-03 | 2002-04-23 | Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. | Aluminum and copper bimetallic bond pad scheme for copper damascene interconnects |
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