KR101027844B1 - 웨이퍼 후면 연마를 포함하는 이미지센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 후면 연마를 포함한 이미지센서 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 웨이퍼 후면연마시에 패드 오픈용 포토레지스트를 제거하고 추가로 포토레지스트를 도포한 이후에, 테이핑 공정을 진행하여 소자의 수율을 향상시켰다. 이를 위한 본 발명은, 웨이퍼 후면연마공정을 포함하는 이미지센서의 제조방법에 있어서, 수광소자를 비롯한 관련소자들이 형성된 기판 상에 마이크로렌즈 보호막을 형성하는 단계; 상기 마이크로렌즈 보호막을 포함하는 전체 구조상에 패드 오픈용 마스크를 이용하여 패드를 오픈하는 단계; 상기 패드오픈용 마스크를 제거한 후, 추가 포토레지스트를 웨이퍼 전면에 증착하는 단계; 상기 추가 포토레지스트 상에 테이프를 증착하고 웨이퍼 후면연마 공정을 진행하는 단계; 및 상기 테이프와 상기 추가 포토레지스를 제거하는 단계를 포함하여 이루어진다.
이미지센서, 후면 연마, 패드오픈용 PR, 테이핑, 파티클
Description
도1은 통상적인 시모스 이미지센서의 단위화소 구조를 도시한 회로도,
도2a 내지 도2c는 종래기술에 따른 이미지센서의 웨이퍼 후면연마 공정을 도시한 공정단면도,
도3a 내지 도3c는 웨이퍼 후면연마시의 문제점을 해결하기 위해 제안된 종래기술을 도시한 공정단면도.
도4a 내지 도4d는 본 발명의 일실시예에 따른 공정단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 기판 11 : 필드산화막
12 : p형 웰 13 : n형 웰
14 : 게이트 전극 15 : 스페이서
16 : 단위화소 17 : n형 이온주입영역
18 : p형 이온주입영역 19 : 층간절연막
20 : 제 1 금속배선 21 : 제 1 금속층간절연막
22 : 제 2 금속배선` 23 : 제 2 금속층간절연막
24 : 제 3 금속배선 25 : 페시베이션막
26 : 칼라필터 27 : 평탄화막
28 : 마이크로렌즈 29 : 마이크로렌즈 보호막
30 : 패드오픈용 포토레지스트
31, 52 : 테이프 51 : 추가 포토레지스트
본 발명은 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로 특히, 웨이퍼 후면 연마시에 패드오픈용 포토레지스트를 제거한 이후에 추가로 포토레지스트를 도포하고, 그 이후에 테이핑 공정을 포함하는 후면연마 공정을 진행함으로써, 파티클 오염방지 및 수율을 향상시킨 이미지센서의 제조방법에 관한 발명이다.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 시모스 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수 만큼의 MOS트랜지스터를 만들고 이것 을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
또한, 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지센서 소자에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(Fill Factor)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 등장하였는데, 이러한 집광을 위하여 이미지센서는 칼라필터 상에 마이크로렌즈(microlens)를 형성하는 방법을 사용하고 있다.
도1은 통상의 CMOS 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 MOS 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도로서, 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드(100)와, 포토다이오드(100)에서 모아진 광전하를 플로팅확산영역(102)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(101)와, 원하는 값으로 플로팅확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅확산영역(102)을 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터(103)와, 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(104), 및 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing)을 할 수 있도록 하는 셀렉트 트랜지스터(105)로 구성된다. 단위 화소 밖에는 출력신호(Output Signal)를 읽을 수 있도록 로드(load) 트랜지스터(106)가 형성되어 있다.
도2는 이러한 단위화소와 칼라필터 및 마이크로렌즈들을 포함하여 구성된 시 모스 이미지센서의 제조공정 중에서 패드 오픈 공정이 완료된 직후의 소자 단면을 도시한 단면도면이다.
이를 참조하여, 종래의 시모스 이미지센서의 제조공정을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 반도체 기판(10) 상에 활성영역과 필드영역을 정의하는 필드산화막(11)을 형성한다.
다음으로 적절한 이온주입 마스크를 이용하여 p형 웰(12)과 n형 웰(13)을 형성하고, 다음으로 게이트 전극(14)을 기판 상의 소정영역에 패터닝하여 형성한다.
이어서, 포토다이오드를 포함하여 구성된 단위화소(16)를 수광영역에 형성하고, LDD 영역을 구비한 트랜지스터의 소스/드레인에 해당하는 n형 이온주입 영역(17) 및 p형 이온주입 영역(18)을 형성한다.
다음으로 게이트 전극을 포함하는 기판 상에 층간절연막(19)을 형성하고, 상기 층간절연막 상에 제 1 금속배선(20)을 패터닝한다. 도2b에는 3개 층의 금속배선을 사용하는 경우를 도시하였다.
이어서, 제 2 내지 제 3 금속배선(22, 24) 및 제 1 내지 제 2 금속층간절연막(21, 23)을 적층형성한다.
이와같이 제 3 금속배선(24)까지 형성한 이후에, 소자를 습기나 스크래치로부터 보호하기 위해 페시베이션막(25)을 전체구조 상에 형성한다.
다음으로, 페시베이션막 상에 칼라필터 형성용 물질을 도포하고 이를 적절한 마스크를 이용하여 패터닝하여 수광영역의 단위화소에 대응되는 영역에 칼라필터(26)를 형성한다.
이어서, 칼라필터(26)로 인한 단차를 보상하기 위해 평탄막(27)을 형성하고, 평탄화막(27) 상에 마이크로렌즈(28)를 형성한다. 다음으로 마이크로렌즈를 보호하기 위한 마이크로렌즈 보호막(29)을 전체 구조상에 증착한다.
다음으로 패드를 오픈하기 위한 패드 오픈공정이 진행되는데, 먼저 패드오픈용 포토레지스트(30)를 전체 구조상에 도포하고, 패드 오픈 영역이 노출되도록 상기 패드오픈용 포토레지스트(30)를 패터닝한다.
다음으로 패터닝된 패드오픈용 포토레지스트(30)를 이용하여 마이크로렌즈 보호막(29)과 페시베이션막(25)을 차례로 식각하여 패드(24)를 노출시킨다. 미설명 부호 15는 게이트 스페이서(15)이다.
이어서, 도2b에 도시된 바와같이 패드오픈용 포토레지스트(30)를 제거한 이후에 전체 구조상에 테이프을 접착하는 테이핑 공정이 진행된다.
여기서, 테이핑 공정은 웨이퍼 후면 연마시에 파티클 오염 등을 방지하기 위한 공정이며, 이미지센서의 웨이퍼 후면 연마공정을 간략히 설명하면 다음과 같다.
이미지센서의 웨이퍼 후면 연마공정은, 이미지센서 칩의 후면을 적정두께로 연마하여 외부 모듈과 광학렌즈와의 간격을 맞추기 위해 수행되는 공정이다.
즉, 이미지센서 칩은 와이어 본딩이 완료된 이후에, 칩 동작에 치명적인 결함을 발생시키는 요인으로부터 칩을 안전하게 보호하기 위해 글래스(glass)를 덮음으로써 이미지센서 칩의 패키지(package) 공정이 마무리된다.
이러한 패키지 공정 다음으로, 완성된 패키지 위에 외부렌즈를 포함하는 플라스틱 기구를 붙이고, 이를 인쇄회로기판 위에 장착하여 하나의 모듈(module)로 만든다. 이와 같은 모듈을 카메라 등의 제품에 삽입함으로써 실제 제품에서 이미지센서가 사용되는 것이다.
이와 같이 모듈을 제작할 때에, 이미지센서 칩과 외부 렌즈와의 촛점거리 등을 맞추기 위해 웨이퍼 후면 연마가 진행된다.
이와같은 웨이퍼 후면 연마공정에서는 파티클 등의 오염이 많이 발생하므로 이를 방지하는 방법이 필요한데, 종래에는 다음과 같은 방법이 사용되었다. 즉, 도2b에 도시된 바와같이 패드오픈용 포토레지스트(30)를 제거한 후, 웨이퍼 전면에 테이프(31)를 이용한 테이핑(taping) 공정을 진행한다.
이와같이 웨이퍼 전면에 테이핑 공정을 수행한 이후에, 후면 연마를 수행하게 되면, 후면연마 중에 발생한 파티클 등이 테이프(31)에만 달라붙고, 칩에는 영향을 주지 못한다.
테이프는 후면 연마 공정으로부터 웨이퍼 전면의 패턴을 보호하는 역할 이외에도, 후면 연마 공정의 물리적인 힘을 흡수하여 웨이퍼 깨짐(wafer broken)을 방지하는 역할을 하기 때문에, 이러한 테이프의 사용은 후면 연마공정을 진행하는데 필수적이다.
이후에, 상기 테이프를 떼어내면, 공정이 완료되는데, 이러한 종래기술에서는 다음과 같은 문제점이 있었다.
즉, 도2c에 도시된 바와같이 테이프 자체가 상당한 접착압력을 갖고 있으므로, 테이프를 떼어내는 와중에, 마이크로렌즈 보호막(29)에 균열이 생기는 문제점이 있었으며, 또한 테이프의 끈적끈적한 접착성분이 웨이퍼 전면에 남게 되는 문제 가 있어서, 소자의 수율을 심각하게 저하시키고 있었다.
전술한 바와같은 단점을 보완하기 위해 종래에 적용된 기술을 도3a 내지 도3c를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도3a에 도시된 구조는 패드 오픈용 포토레지스트(30)를 이용하여 패드 오픈 공정을 수행한 직후의 모습으로, 이에 대한 설명은 전술한 바와 같아 생략한다.
다음으로 도3b에 도시된 바와같이, 패드 오픈용 포토레지스트(30)를 잔존시킨 상태에서 테이핑 공정을 진행한다. 즉, 도3b를 참조하면 소자 전면에 패드 오픈용 포토레지스트(30)가 형성되어 있으며, 그 상부에 테이프(31)가 부착되어 있다.
이와같이 테이프를 부착한 상태에서 웨이퍼 후면 연마공정을 진행하게 되면, 파티클 등의 오염물질은 테이프(31)에만 달라붙게 되어, 웨이퍼 전면의 패턴에는 영향을 주지 못한다.
또한, 패드 오픈용 포토레지스트(30)가 잔존하고 있고 그 상부에 테이프(31)가 부착되므로, 테이프를 떼어내는 후속 공정시에도 테이프의 접착압력으로 인해 마이크로렌즈 보호막(29)이 균열되는 현상을 방지할 수 있었다.
그리고, 테이프의 끈적끈적한 성분 역시, 패드 오픈용 포토레지스트(30) 상에 남게 되며, 이는 패드 오픈용 포토레지스트(30)를 제거할 때 함께 제거되므로, 테이프의 끈적끈적한 성분으로 인해 소자 수율이 저하되는 현상을 방지할 수 있었다.
하지만, 도3a 내지 도3c에 도시된 기술은 다음과 같은 문제점이 있었다.
먼저, 도3b를 참조하면 테이프 액이 패드가 오픈된 부위에 채워지고 있음을 알 수 있다. 비록 다른 영역은 패드 오픈용 포토레지스트(30)에 의해 보호받고 있지만, 패드 오픈부에는 테이프 액이 채워지는 관계로, 테이프를 떼어내는 후속공정에서 패드 오픈부 주위의 마이크로렌즈 보호막(29)이 들뜨거나 또는 크랙(crack) 현상이 일어날 가능성이 크다.(도3c에서 A 로 표시된 부분)
또한, 도3c를 참조하면 후면연마 공정이 완료된 이후에, 패드 오픈용 포토레지스트(30) 상에 테이프 찌꺼기가 많이 잔류한 것을 알 수 있다. 이러한 상태에서 패드 오픈용 포토레지스트(30)를 제거하는 후속공정이 진행되는데, 이때 패드 오픈용 포토레지스트를 제거하는 공정은 플라즈마 PR 스트립(strip) 공정을 이용한다.
이러한 플라즈마 PR 스트립(strip) 공정은 웨이퍼가 한장씩 들어가서 PR 스트립 되는 관계로 웨이퍼가 깨질(wafer broken) 가능성이 증가한다.
즉, 후면 연마 공정이 진행된 이후에는 웨이퍼의 전체 두께가 거의 절반 이하로 줄어든다. 이와같이 웨이퍼의 두께가 감소한 상태에서, 암(arm)을 이용하여 웨이퍼를 한장씩 집어들어 플라즈마 PR 스트립하는 과정에서 웨이퍼 브로큰이 발생할 가능성이 증가하는 것이다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이미지센서의 웨이퍼 후면 연마시에, 파티클 등으로 인한 오염과 마이크로렌즈 보호막의 균열을 방지한 이미지센서의 제조방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 이미지센서의 제조방법에 있어서, 광소자를 포함하는 기판 상에 마이크로렌즈 보호막을 형성하는 단계와, 상기 마이크로렌즈 보호막을 포함하는 기판 상에 마스크를 이용하여 패드를 오픈하는 단계와, 상기 마스크를 제거하는 단계와, 상기 마스크가 제거된 상기 기판의 전면에 포토레지스트를 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 상에 테이프를 형성하는 단계와, 상기 기판의 후면을 연마하는 단계와, 상기 테이프와 상기 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하는 이미지센서의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서는 종래의 문제점을 해결하기 위하여 다음과 같은 방법을 사용하였다. 즉, 패드오픈용 포토레지스트를 이용하여 패드오픈 공정을 진행한 후, 패드오픈용 포토레지스트는 제거한다. 다음으로 추가로 포토레지스트를 도포하여 표면을 평탄화한 이후에, 테이핑 공정을 포함하는 후면연마 공정을 진행함으로써, 파티클 오염방지 및 수율을 향상시켰다. 또한, 추가 포토레지스트는 카세트(cassete) 단위(예를 들면, 웨이퍼 25장)로 습식식각하여 웨이퍼 브로큰의 가능성을 감소시켰다.
즉, 본 발명에서는 패드 오픈부에 테이프 액이 채워지지 않으므로, 후속 테이프 오프(off) 공정에서, 패드 오픈부의 마이크로렌즈 보호막이 들뜨거나 크랙현상이 발생하지 않는다.
또한, 본 발명에서는 웨이퍼 후면연마에 의해 웨이퍼의 두께가 감소한 상태에서, 암(arm을 이용하여 웨이퍼 한장씩 PR 스트립하는 것이 아니라, 카세트 단위로 PR 스트립이 가능한 습식 PR 스트립 방법을 적용하여 웨이프 브로큰의 가능성을 감소시켰다.
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 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도4a 내지 도4d는 본 발명의 일실시예에 따른 이미지센서 제조방법을 도시한 공정단면도로서 이를 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.
먼저, 반도체 기판(10) 상에 활성영역과 필드영역을 정의하는 필드산화막(11)을 형성한다.
다음으로 적절한 이온주입 마스크를 이용하여 p형 웰(12)과 n형 웰(13)을 형성하고, 다음으로 게이트 전극(14)을 기판 상의 소정영역에 패터닝하여 형성한다.
이어서, 포토다이오드를 포함하여 구성된 단위화소(16)를 수광영역에 형성하고, LDD 영역을 구비한 트랜지스터의 소스/드레인에 해당하는 n형 이온주입 영역(17) 및 p형 이온주입 영역(18)을 형성한다.
다음으로 게이트 전극을 포함하는 기판 상에 층간절연막(19)을 형성하고, 상기 층간절연막 상에 제 1 금속배선(20)을 패터닝한다. 도4a에는 3개 층의 금속배선을 사용하는 경우를 도시하였다.
이어서, 제 2 내지 제 3 금속배선(22, 24) 및 제 1 내지 제 2 금속층간절연막(21, 23)을 적층형성한다. 미설명 부호 15는 게이트 스페이서(15)이다.
이와같이 제 3 금속배선(24)까지 형성한 이후에, 소자를 습기나 스크래치(scratch)로부터 보호하기 위해 페시베이션막(25)을 전체구조 상에 형성한다.
다음으로, 페시베이션막 상에 칼라필터 형성용 물질을 도포하고 이를 적절한 마스크를 이용하여 패터닝하여 수광영역의 단위화소에 대응되는 영역에 칼라필터(26)를 형성한다.
이어서, 칼라필터(26)로 인한 단차를 보상하기 위해 평탄막(27)을 형성하고, 평탄화막(27) 상에 마이크로렌즈(28)를 형성한다. 다음으로 마이크로렌즈를 보호하기 위한 마이크로렌즈 보호막(29)을 전체 구조 상에 증착한다.
다음으로 패드를 오픈하기 위한 패드 오픈공정이 진행되는데, 먼저 패드오픈용 포토레지스트(30)를 전체 구조상에 도포하고, 패드 오픈부가 노출되도록 상기 패드오픈용 포토레지스트(30)를 패터닝한다.
다음으로 패터닝된 패드오픈용 포토레지스트(30)를 이용하여 마이크로렌즈 보호막(29)과 페시베이션막(25)을 차례로 식각하여 패드(24)를 노출시킨다.
다음으로 도4b에 도시된 바와같이 패드오픈용 포토레지스트(30)를 제거하고, 추가로 포토레지스트(50)를 도포한다. 결과적으로 패드 오픈부를 포함한 전체 구조상에 추가 포토레지스트(50)가 도포되어 평탄화된 표면을 이루게 된다.
다음으로 도4c에 도시된 바와같이 추가 포토레지스트(50) 상에 테이프(51)를 부착하는 테이핑 공정을 진행하게 되면, 테이프(51)는 패턴의 단차에 상관없이 평탄화된 표면에 붙게 된다.
이와같이 테이핑공정을 진행한 이후에 웨이퍼 후면 연마공정을 진행하면, 파티클 등의 오염물질은 테이프(51) 표면에 달라붙게 되어 이미지센서 칩을 오염시키지 않는다. 또한, 패드 오픈부에는 추가 포토레지스트(50)가 덮혀져 있으므로, 테이프 액이 이 부위로 침투하지 못함을 알 수 있다.
다음으로, 테이프를 떼어낸 후 세정공정을 진행한다. 이때, 종래에는 패드 오픈부에 테이프액이 침투한 관계로, 테이프를 떼어내는 과정에서 패드 오픈부 주위의 마이크로렌즈 보호막이 들뜨거나 또는 크랙이 발생하였으나, 본 발명에서는 이러한 현상을 방지할 수 있었다.
그리고, 테이프의 끈적끈적한 성분은 추가 포토레지스트(50) 상에 남기 때문에 소자의 특성을 악화시키지 않는다.
다음으로 도4d에 도시된 바와같이 추가 포토레지스트(50)를 습식식각법으로 제거한 후, 세정공정을 진행한다. 여기서, 추가 포토레지스트를 제거하는 습식식각은 카세트(예를들면, 웨이퍼 25장) 단위로 이루어지기 때문에 웨이퍼 브로큰 현상을 방지하였다.
즉, 본 발명에서는 웨이퍼 후면연마에 의해 웨이퍼의 두께가 감소한 상태에서, 암(arm)을 이용하여 웨이퍼 한장씩 PR 스트립하는 것이 아니라, 카세트 단위로 PR 스트립이 가능한 습식 PR 스트립 방법을 적용하여 웨이프 브로큰 현상을 방지하였으며, 이와같은 본 발명은 시모스 이미지센서 이외에도 웨이퍼 후면연마 공정이 적용되는 전하결합소자 등의 이미지센서에도 적용가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명을 이미지센서에 적용하면, 마이크로렌즈 보호막의 균열현상과 테이프 찌꺼기의 잔류를 방지할 수 있어, 이미지센서의 성능과 수율을 향상시킬 수 있다.
Claims (4)
- 이미지센서의 제조방법에 있어서,광소자를 포함하는 기판 상에 마이크로렌즈 보호막을 형성하는 단계;상기 마이크로렌즈 보호막을 포함하는 기판 상에 마스크를 이용하여 패드를 오픈하는 단계 ― 상기 패드는 층간 절연막들 상에 형성된 금속배선임 ―;상기 마스크를 제거하는 단계;상기 마스크가 제거된 상기 기판의 전면에 포토레지스트를 형성하는 단계 ― 상기 포토레지스트는 패드 오픈부를 포함하는 전체 구조 상에 도포되어 평탄화된 표면을 형성함 ―;상기 평탄화된 평면 상에 테이프를 형성하는 단계;상기 기판의 후면을 연마하는 단계; 및상기 테이프와 상기 포토레지스트를 제거하는 단계를 포함하는 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 이미지센서는 시모스 이미지센서 또는 전하결합소자인 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 포토레지스트를 제거하는 단계는 카세트 단위로 수행되는 습식식각법을 이용하는 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마스크는 포토레지스트를 포함하는 이미지센서의 제조방법.
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