KR100997678B1 - 씨모스 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 씨모스 이미지 센서의 제조 기술에 관한 것으로, 알루미늄 패드가 형성된 반도체 기판 상에 사메틸 수산화 암모늄(TMAH)을 이용한 현상 처리를 통하여 알루미늄 패드를 식각하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 씨모스 이미지 센서 공정에 있어서 발생될 수 있는 패드 부식 진행, 외관 불량 및 본딩 패드 이슈로 스크랩 처리 되었던 자재들에 대해 재가공 공정을 통하여 정상 출하가 가능하게 함으로써, 웨이퍼 스크랩 개선 및 제품 수율을 향상 시킬 수 있다.
씨모스 이미지센서(CMOS Image Sensor), 플라워 형태의 부식(Flower-like Corrosion), 재가공(rework)
Description
본 발명은 씨모스 이미지 센서의 제조 기술에 관한 것으로서, 특히 금속 패드의 부식 진행을 방지하기 위한 재가공 공정을 수행함으로써, 소자의 신뢰성 및 수율을 향상시키는데 적합한 씨모스 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하 결합 소자(CCD: charge coupled device)와 씨모스(CMOS: Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)로 구분된다.
이때, 씨모스 이미지 센서는 씨모스 기술을 이용하여 광학적인 이미지를 전기적인 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 각 화소(pixel )마다 필요한 개수의 트랜지스터를 제작하고 이를 이용하여 신호를 검출하는 스위칭 방식을 사용하고 있다.
이러한 씨모스 이미지 센서는 크게 금속 패드 형성 단계와, 컬러 필터 어레이 및 평탄화 층을 형성한 후, 마이크로 렌즈를 순차적으로 형성하는 단계를 통하 여 제조되고 있으나, 씨모스 이미지 센서 공정 시 금속 패드로 사용되고 있는 Al 패드에서 부식이 발견된다는 문제점이 있었다.
씨모스 이미지 센서 제품에서 발생하고 있는 대표적인 형태의 부식은 플루오린(F:Fluorine)에 의한 플라워 형태의 부식(flower-like Corrosion)이며, 이는 패드 표면에 잔존하고 있는 플루오린이 Al 패드와 반응하여 하기 <화학식 1>과 같이 (AlF6)3 - 화합물을 생성하게 된다.
또한, (AlF6)3 - 화합물이 Anode(산화) 역할을 하여 O2, N2, H2O와 반응하여 하기 <화학식 2>와 같이 새로운 부식성 물질을 생성하게 된다.
N2 + 8H2O + 6e- ⇔ 2(NH4)+ + 8OH-
이러한 반응의 새로운 부산물이 OH-, NH4+ 이며, 이는 하기 <화학식 3>과 같이 각각 Al(OH)3, (NH4)3(AlF6)를 생성하여 부식을 가속화 시키는 것으로 알려져 있다.
(AlF6)3 - + 3(NH4)+ ⇔ (NH4)3(AlF6)
도 1은 종래기술에 따른 씨모스 이미지 센서 공정에서 Al 패드 표면에 검출된 플루오린을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 참조번호 100은 Al 패드 표면에 대한 FOI 검사 후, 패드 부식이 웨이퍼의 중앙부분을 중심으로 발생하고 있음을 나타낸다.
참조번호 150은 웨이퍼에 대한 AES(Auger Electron Spectroscopy) 분석 후, Al 패드 표면이 플루오린에 의한 화학적 산화막이 성장되었음을 나타낸다.
이와 같이 실제 플루오린에 의한 부식이 발생한 제품에 대한 F/A 결과 Al 패드 표면에 플루오린 농도가 27at%로 상당히 높게 나타나고 있다.
이러한 씨모스 이미지 센서 제조 공정에서 발생되고 있는 알루미늄(Al) 패드의 부식(Pad Corrosion)은 반도체 소자의 제작에 있어 디바이스의 본딩(Bonding) 강도를 저하시키는 문제 유발로 인해 소자의 동작 특성 및 신뢰성에 영향을 주고 있으며, 또한 Al 패드의 부식이 심한 경우, 본딩 패드에 영향을 끼쳐 제품의 전기적인 시그널 인-아웃 테스트(Signal In-out Test)를 실시할 수 없게 만드는 문제점 및 외관상의 불량으로 인해 스크랩 처리가 되고 있는 실정이다.
상기한 바와 같이 동작하는 종래 기술에 의한 씨모스 이미지 센서 제조 공정에 있어서는, 이미지 센서 제조 공정 시 Al패드가 부식되어 피티(Pit)가 발생한 경우에는 소자의 신뢰성이 악화되고 수율이 저하되므로, Al패드에 부식 진행이 발생된 자재의 경우, 별다른 재가공(Rework) 방법이 없으므로 전량 스크랩(Scrap) 처리가 되고 있는 상태이며, 이로 인해 패드 표면의 플루오린(fluorine) 농도를 낮추기 위한 방안이 씨모스 이미지 센서 제품의 최대 이슈로 대두되고 있는 실정이다.
이에 본 발명은, 금속 패드의 부식 진행을 방지하기 위한 재가공 공정을 수행함으로써, 소자의 신뢰성 및 수율을 향상시킬 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 씨모스 이미지 센서 공정에서 발생하는 패드의 부식 부분에 대한 제거를 수행하는 재가공 공정을 통하여 패드의 스크랩 처리됨을 방지할 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 씨모스 이미지 센서 공정에서 발생하는 플루오린으로 인해 발생하는 플라워 형태의 부식(flower-like Corrosion)을 제거하는 재가공 공정을 통하여 패드의 스크랩 처리됨을 방지할 수 있는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, 씨모스 이미지 센서 공정에서 발생하는 패드 외관 불량을 제거하는 재가공 공정을 통하여 패드의 스크랩 처리됨을 방지할 수 있는 씨모스 이 미지 센서의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예 방법은, 씨모스 이미지 센서의 제조 방법으로서, 알루미늄 패드가 형성된 반도체 기판 상에 사메틸 수산화 암모늄(TMAH)을 이용한 현상 처리를 통하여 상기 알루미늄 패드를 식각하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예 방법은, 액티브 영역과 패드 영역으로 구분되는 기판상의 패드 영역에 금속 패드를 형성하는 단계; 상기 금속 패드를 포함한 기판 전면에 보호막을 형성하고 상기 금속 패드의 표면이 노출되도록 상기 보호막을 선택적으로 제거하여 금속 패드 오픈부를 형성하는 단계; 상기 금속 패드 오픈부에 의해 노출된 금속 패드에 습식 세정 공정을 수행하는 단계; 상기 반도체 기판 전면에 제1평탄화층을 형성하고, 상기 액티브 영역의 상기 제1평탄화층 위에 컬러 필터 어레이와, 제2평탄화 층 및 마이크로 렌즈를 차례로 형성하는 단계; 패드 검사를 수행하는 단계; 상기 패드 검사 시 상기 금속 패드에 부식이 발견된 경우, 사메틸 수산화 암모늄(TMAH)을 이용한 현상 공정을 실시하여 플루오린 성분을 제거하는 단계; 상기 TMAH 현상 공정 이후에 재가공 공정을 수행하는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 개시되는 발명 중 대표적인 것에 의하여 얻어지는 효과를 간단히 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 씨모스 이미지 센서 공정에 있어서 발생될 수 있는 패드 부식 진행, 외관 불량 및 본딩 패드 이슈(Bonding PAD Issue)로 스크랩 처리 되었던 자재 들에 대해 재가공 공정을 통하여 정상 출하가 가능하게 함으로써, 웨이퍼 스크랩 개선 및 제품 수율을 향상 시킬 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명은 씨모스 이미지 센서 공정에서 발생하는 패드의 부식 부분에 대한 제거를 수행하는 재가공 공정을 통하여 패드의 스크랩 처리를 방지하는 것이다.
Al 패드의 부식은 크게 Al/Cu의 전위차에 의한 갈바니 부식(Galvanic Corrosion)과, 플루오린으로 인한 부식(Fluorine Induced Corrosion)으로 분류할 수 있다. 이때, 플루오린으로 인한 부식의 대표적인 예가 Al 패드 상에 발생하는 플라워 형태의 부식(flower-Like Corrosion)으로 현재까지 플라워 형태의 부식이 발생하게 되면, 해당 자재는 100% 스크랩 처리로 이어지고 있는 실정이다.
이에 본 발명에서는 플라워 형태의 부식이 발생한 자재를 대상으로 Al 패드의 표면을 식각함으로써, AlxOy형태의 이상 산화막을 제거하고, 이를 통해 플라워 형태의 부식이 발생된 자재의 정상 출하를 가능하게 하는 것이다.
이하 하기 실시예에서는 씨모스 이미지 센서 제조 시 발생되는 Al 패드의 부식 해결 방안에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Al 패드의 식각 방식을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 플라워 형태의 부식이 발생한 자재(200)에 대해 사메틸 수산화 암모늄(Tetra Methyl Ammonium Hydroxide, 이하 TMAH라 한다)을 이용한 현상(Develop) 처리로서, 표면을 500Å∼1500Å 범위의 두께로 식각함으로써, 이상 산화막의 제거를 가능하게 할 수 있다. 즉, TMAH의 처리를 통해 참조번호 210과 같이 Al 패드 내 부식된 부분을 제거하게 된다.
이후 컬러 포토레지스트를 스트립하여 패드 보호막으로 사용되고 있는 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 공정을 진행하고, 다시 컬러 포토레지스트를 증착하는 재가공 공정을 통하여 기존에 스크랩 처리되었던 패드의 정상 출하를 가능하게 할 수 있다. 이러한 재가공 후, Al 패드 내의 플루오린 농도에 대한 분석결과 플루오린 농도가 기존의 27at% 정도에서 재가공후에 3at% 정도로 급격히 감소되었다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 재가공 절차를 도시한 흐름도이다.
도 3을 참조하면, 300단계에서 반도체 기판에 게이트 절연막 또는 층간 절연막을 형성하고, 절연막 위에 각 신호 라인의 금속 패드를 형성하게 되며, 이러한 금속 패드는 Al 또는 Al/Cu로 형성된다. 그리고 금속패드를 포함한 절연막 전면에 보호막을 형성하게 되며, 이때, 보호막으로는 산화막 또는 질화막이 사용된다. 이후, 보호막 위에 감광막을 도포하고, 노광 및 현상을 통하여 금속 패드 상측 부분이 노출되도록 패터닝을 수행한다.
302단계에서는 패터닝된 감광막을 마스크로하여 보호막을 선택적으로 식각함으로써 금속 패드 오픈부를 형성한다. 이후 304단계에서는 감광막을 제거하고, 반도체 기판에 습식 세정을 수행하게 된다. 이때, 습식 세정 공정은 애셔 및 애셔 리무브 공정을 수행하게 되고, 306단계에서 제1 평탄화 층으로서, TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate) 산화막을 증착하고, 마스크를 이용한 식각 공정을 통하여 금속 패드 부분을 제외한 부분에만 남도록 한다.
이후 308단계에서 TEOS 산화막 위에 청색, 녹색, 적색의 칼라 필터 어레이를 차례로 형성하고, 다시 제2평탄화 층을 형성한 후, 금속 패드부분을 제외한 부분만이 남도록 식각 공정을 수행하고, 제2평탄화층 상의 각 칼라 필터층에 마이크로 렌즈를 형성하게 된다.
이에 314단계에서는 패드 검사를 통하여 금속 패드 즉, Al 패드 내 부식이 발생하지 않았다면, 종료하여 후속 공정을 통한 정상 출하를 수행할 수 있으나, 금속 패드 내에 부식이 발생되었다면, 316단계로 진행하여 금속 패드의 오픈된 부분에 TMAH 처리를 수행하게 된다.
이는 도 4에 도시한 바와 같이, TMAH을 이용한 현상공정을 통하여 Al 패드의 표면을 500Å~1500Å 범위 중 어느 한 두께(예컨대, 1000Å)로 식각함으로써, Al 패드의 상부에 발생된 플라워 형태의 부식을 제거하게 된다. 이에 금속 패드 층이 기존에 6400Å인 상태에서 310단계의 RIE 식각 공정을 통하여 5400Å~6000Å 정도의 두께를 형성하게 되나, TMAH 식각 수행이후의 금속패드는 4400Å~5000Å 정도의 두께를 형성하게 된다.
이후에는 318단계에서 컬러 재가공 공정을 수행하게 된다. 이는 컬러 필터 어레이를 제거하기 위한 스트립 공정으로서, 포토레지스트 애셔 공정을 수행하고, 애셔 리무브 공정을 수행하여 기판 및 오픈된 금속 패드 상의 잔류물들을 제거하고, 306단계로 복귀한다.
306단계에서는 다시 TEOS 공정을 통하여 기판 상에 TEOS 증착을 수행하고, 308단계에서 컬러 필터 어레이, 평탄화 층 및 마이크로 렌즈를 순차적으로 형성하고, 310단계에서 RIE 식각 및 312단계의 세정 공정을 통하여 씨모스 이미지 센서를 제조하게 된다.
상기와 같은 TMAH를 이용한 현상 공정을 통하여 Al패드의 식각을 수행함으로써, 패드 표면에 작은 피트가 다소 있을 수 있으나, 본딩 패드 현상이나 펀치 쓰루 현상(Punch-through Issue)이 발생하지 않아 PCM(Process Control Module) 검사에 문제가 되지 않으며, 또한 패드 표면에 발생된 플라워 형태의 부식을 모두 제거하여 외관 불량도 없어지므로 정상 출하를 가능하게 할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 씨모스 이미지 센서 공정에서 발생하는 패드의 부식 부분에 대한 제거를 수행하는 재가공 공정을 통하여 패드의 스크랩 처리를 방지한다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 씨모스 이미지 센서 공정에서 Al 패드 표면에 검출된 플루오린을 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Al 패드의 식각 방식을 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 씨모스 이미지 센서의 재가공 절차를 도시한 흐름도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 Al 패드의 식각 방식을 도시한 도면.
Claims (7)
- 삭제
- 삭제
- 씨모스 이미지 센서의 제조 방법에 있어서,액티브 영역과 패드 영역으로 구분되는 기판상의 패드 영역에 알루미늄의 금속 패드를 형성하거나 알루미늄과 구리의 합금으로 된 금속 패드를 형성하는 단계;형성한 상기 금속 패드를 포함한 기판 전면에 보호막을 형성하고 상기 금속 패드의 표면이 노출되도록 상기 보호막을 선택적으로 제거하여 금속 패드 오픈부를 형성하는 단계;상기 금속 패드 오픈부에 의해 노출된 금속 패드에 대해 습식 세정 공정을 수행하는 단계;상기 습식 세정 공정을 수행한 기판 전면에 제1평탄화층을 형성하고, 상기 액티브 영역의 상기 제1평탄화층 위에 컬러 필터 어레이와 제2평탄화층 및 마이크로 렌즈를 차례로 형성하는 단계;상기 금속 패드에 대한 검사를 수행하는 단계;상기 검사에서 상기 금속 패드에 부식이 발견된 경우, 사메틸 수산화 암모늄(TMAH)을 이용한 현상 처리를 통하여 상기 금속 패드의 표면을 식각하면서 플루오린 성분을 제거하는 단계;상기 TMAH을 이용한 현상 처리의 이후에 재가공 공정을 수행하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 삭제
- 제 3항에 있어서,상기 금속 패드는,500Å 내지 1500Å의 두께로 식각되는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 3항에 있어서,상기 재가공 공정은,상기 금속 패드 오픈부를 포함한 기판 전면에 제3평탄화층을 형성하는 단계;상기 제3평탄화층 위에 컬러 필터층을 형성하는 단계;상기 칼라 필터층 상에 제4평탄화층을 형성하는 단계;상기 제4평탄화층 상에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
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