KR101412144B1 - 금속 배선의 제조 방법 및 이를 이용한 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents

금속 배선의 제조 방법 및 이를 이용한 이미지 센서의 제조방법 Download PDF

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Abstract

금속 배선의 제조 방법 및 이를 이용한 이미지 센서의 제조 방법이 제공된다. 상기 금속 배선의 제조 방법은 기판 상에 층간 절연막을 형성하고, 층간 절연막 내에 배선 형성 영역을 형성하고, 배선 형성 영역을 형성한 후, 기판을 UV 처리하고, 배선 형성 영역 내에 금속 배선을 형성하는 것을 포함한다.
금속 배선, 이미지 센서, 플라즈마 에칭 공정, UV 처리

Description

금속 배선의 제조 방법 및 이를 이용한 이미지 센서의 제조 방법{Fabricating method of metal interconnection and fabricating method of image sensor using the same}
본 발명은 금속 배선의 제조 방법 및 이를 이용한 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시킨다. 최근 들어 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대하고 있다.
특히, MOS 이미지 센서는 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝(scanning) 방식으로 구현 가능하다. 또한, 신호 처리 회로를 단일 칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능하며, MOS 공정 기술을 호환하여 사용할 수 있어 제조 단가를 낮출 수 있다. 전력 소모 또한 매우 낮아 배터리 용량이 제한적인 제품에 적용이 용이하다. 따라서, MOS 이미지 센서는 기술 개발과 함께 고해상도가 구현 가능함에 따라 그 사용이 급격히 늘어나고 있다.
MOS 이미지 센서는 입사광을 흡수하여 광량에 대응하는 전하를 축적하는 광전 변환 소자와, 각 광전 변환 소자에 저장된 전하를 출력하기 위한 다층의 금속 배선을 포함한다. 금속 배선으로는 구리 배선 또는 알루미늄 배선이 주로 사용된다. MOS 이미지 센서가 점점 미세해짐에 따라, 알루미늄 배선보다는 낮은 비저항과 미세 패턴 형성이 용이한 구리 배선이 많이 사용되고 있다.
그런데, 구리 배선 또는 알루미늄 배선을 형성할 때에는, 플라즈마 에칭 공정을 사용한다. 이러한 플라즈마 에칭 공정은 광전 변환 소자에 여러가지 결함(damage)을 발생시킬 수 있다. 광전 변환 소자에 발생한 결함은 출력 신호의 다크 레벨(dark level)을 증가시킨다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 플라즈마 에칭 공정에 의한 결함을 치유할 수 있는 금속 배선의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 상기 금속 배선의 제조 방법을 이용한 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 금속 배선의 제조 방법의 일 태양은 기판 상에 층간 절연막을 형성하고, 층간 절연막 내에 배선 형성 영역을 형성하고, 배선 형성 영역을 형성한 후, 기판을 UV 처리하고, 배선 형성 영역 내에 금속 배선을 형성하는 것을 포함한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 금속 배선의 제조 방법의 다른 태양은 기판 상에 배선용 금속막을 형성하고, 배선용 금속막을 패터닝하여, 층간 절연막 상에 금속 배선을 형성하고, 금속 배선을 형성한 후, 기판을 UV 처리하는 것을 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서의 제조 방법의 일 태양은 기판에 광전 변환 소자를 형성하고, 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 층간 절연막을 형성하고, 플라즈마 에칭 공정을 이용하여, 층간 절연막 내에 배선 형성 영역을 형성하고, 배선 형성 영역을 형성한 후, 기판을 UV 처리하고, 배선 형성 영역 내에 금속 배선을 형성하는 것을 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이미지 센서의 제조 방법의 다른 태양은 기판에 광전 변환 소자를 형성하고, 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 배선용 금속막을 형성하고, 플라즈마 에칭 공정을 이용하여 배선용 금속막을 패터닝하여, 층간 절연막 상에 금속 배선을 형성하고, 금속 배선을 형성한 후, 기판을 UV 처리하는 것을 포함한다.
본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 그리고, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또, 이하 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 배선의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 2a 내지 도 2d는 도 1의 금속 배선의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다. 도 2a 내지 도 2d에서는 설명의 편의상 듀얼 다마신 배선을 형성하는 것을 예를 들어 도시하였다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 기판 상에 형성된 하부의 금속 배선(100) 상에, 확산 방지막(110), 층간 절연막(120)을 순차적으로 형성한다(S10).
구체적으로, 확산 방지막(110)은 구리의 확산을 방지하는 역할을 한다. 또한, 확산 방지막(110)은 에칭 공정에서의 에칭 스토퍼(etching stopper) 역할을 할 수 있다. 즉, 층간 절연막(120)을 에칭하여 배선 형성 영역(예를 들어, 트렌치 및/또는 비아홀)을 형성할 때, 금속 배선(100)에 손상을 방지하거나 에칭의 정밀도를 높이기 위해 사용된다. 이러한 베리어 절연막(110)은 예를 들어, SiN, SiC, SiON, SiCN을 사용할 수 있고, 주로 CVD 방법(Chemical Vapor Deposition)에 의해 형성될 수 있다.
층간 절연막(120)은 PE-TEOS(Plasma Enhanced - Tetra Ethyl Ortho Silicate), PEOX(Plasma Enhanced Oxide), FSG(Fluoride Silicate Glass), PSG(Phosphor Silicate Glass), BPSG(BoroPhosphoSilica Glass), USG(Undoped Silica Glass) 또는 이들의 적층막으로 형성될 수 있다. 주로 CVD 방법에 의해 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, 층간 절연막(120) 내에 배선 형성 영역(130)을 형성한다(S20).
구체적으로, 배선 형성 영역(130)은 금속 배선이 형성될 영역을 정의하는 부분이다. 도 2b에서 도시된 배선 형성 영역(130)은 듀얼 다마신 배선을 형성하기 위한 영역으로, 배선 형성 영역(130)은 비아홀(132)과 트렌치(134)를 포함한다. 비아홀(132) 및 트렌치(134)의 형태는 도 2b에 도시된 형태에 한정되지 않고, 모서리가 둥글거나(rounded corner), 수직 또는 수평 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
예를 들어, 층간 절연막(120)의 소정 영역에 먼저 비아홀(132)을 형성하고, 비아홀(132)의 상부를 경유하는 트렌치(134)를 형성할 수 있다. 또는, 트렌치(134)를 먼저 형성하고 비아홀(132)을 나중에 형성할 수 있다.
본원 발명의 제1 실시예에서, 배선 형성 영역(130)(즉, 비아홀(132) 및 트렌치(134))을 형성하는 것은 플라즈마 에칭 공정을 이용하여 통해서 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2c를 참조하면, 기판을 UV 처리(140)한다(S30).
구체적으로 설명하면, 배선 형성 영역(130)을 형성할 때 사용한 플라즈마 에칭 공정은 기판에 여러가지 결함(damage)를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 이러한 결함들은 극성을 띄고 있을 수 있고, 극성을 띈 결함들은 트랜지스터를 이용한 신호 전달시 트랩(trap) 역할을 할 수도 있다. 따라서, 반도체 장치의 오동작을 유도할 수도 있다.
본 발명의 제1 실시예에서, 기판을 UV 처리(140)함으로써, 전술한 결함들을 치유할 수 있다. UV 처리(140)는 예를 들어, 50 내지 200℃에서 10초 내지 300초동안 진행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, UV 처리(140)는 UV 베이크(UV bake) 장비를 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2d를 참조하면, 배선 형성 영역(130) 내에 금속 배선(160)을 형성한다(S40).
구체적으로 설명하면, 우선, 베리어 금속막(150), 씨드층(미도시)를 층간 절연막(120)의 프로파일을 따라 컨포말하게 형성한다. 베리어 금속막(150)은 금속 배선(160)의 확산을 억제한다. 즉, 금속 배선(160)으로 사용될 구리는 집적 회로 제 조에 사용되는 물질, 예를 들어 Si, SiO2 등에 대한 확산 계수가 크기 때문이다. 구리가 SiO2와 같은 절연막에 확산되면, 절연막이 도전성을 갖게 되어 절연 특성이 나빠지게 된다. 베리어 금속막(150)은 구리 또는 구리 합금과 반응하지 않거나, 고융점 물질(high fusion point metal)을 사용하며, 예를 들어, Ti, Ta, W, Ru, TiN, TaN, WN, TiZrN, TiSiN, TaAlN, TaSiN, TaSi2, TiW 및 이들의 조합, 이들의 적층막 등이 가능하다. 베리어 금속막(150)은 PVD, ALD, CVD 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있다. 씨드층(미도시)은 주로 PVD 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
이어서, 층간 절연막(120) 상에 배선 형성 영역(130)을 채울 수 있도록 충분히 두껍게 도전층(미도시)을 형성한다. 도전층은 매립 특성이 우수한 전기 도금법, 무전해 도금법, MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition) 방법 등을 사용하여 형성될 수 있다.
이어서, 층간 절연막(120)의 상면이 노출되도록 도전층, 베리어 금속막(150)을 평탄화한다. 이와 같이 평탄화된 도전층이 금속 배선(160)(도 2d에서는 듀얼 다마신 배선)이 된다. 평탄면을 형성하기 위해, 도전층 일부와 베리어 금속막(150)의 일부가 비선택적으로 제거될 수 있다. 예를 들어, 평탄면은 비선택적 슬러리를 이용한 CMP 공정을 통해서 형성할 수 있다. 여기서, 비선택적 슬러리는 서로 다른 종류의 층을 동일한 비율로 제거할 수 있는 실리카 연마제(silica abrasive material)를 사용할 수 있다. 한편, 평탄면은 비선택적 플라즈마 에칭 공정을 통해서 형성할 수도 있다. 또는, 도전층, 베리어 금속막(150) 각각에 선택적인 평탄화 공정을 통해서 평탄면을 형성할 수도 있다.
한편, 도 2a 내지 도 2d에서는 설명의 편의상 듀얼 다마신 배선을 형성하는 것을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본원 발명은 싱글 다마신 배선을 형성하는 것에도 적용할 수 있고, 컨택이나 비아를 형성하는 것에도 적용할 수 있다. 즉, 싱글 다마신 배선을 형성하기 위한 배선 형성 영역을 형성한 후 UV 처리를 할 수 있다. 또는, 컨택홀이나 비아홀을 형성한 후 UV 처리를 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 배선의 제조 방법을 형성하기 위한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 배선의 제조 방법이, 본 발명의 제1 실시예와 다른 점은 배선 형성 영역을 형성한 후(S20) UV 처리를 다수 회 실시한다는 점이다(S30~S39). 예를 들어, UV 처리는 3회, 4회, 5회 등 실시할 수 있다.
이와 같이 다수 회 UV 처리를 실시하는 이유는 다음과 같다. 1회의 UV 처리 동안 치유할 수 있는 결함의 양은 소정 값으로 정해져 있다. 다시 설명하면, 1회의 UV 처리 동안에는 공정 시간을 늘리더라도 치유되는 결함의 양은 늘어나지 않는다. 따라서, 다수 회 UV 처리를 실시함으로써 치유할 수 있는 결함의 양을 증가시킬 수 있다.
한편, 다수 회의 UV 처리 각각은 동일한 공정 온도에서 동일한 공정 시간 동안 진행될 수도 있다. 또는, 다수 회의 UV 처리 각각은 서로 다른 공정 온도에서 동일한 공정 시간 동안 진행될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 금속 배선의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 5a 내지 도 5c는 도 4의 금속 배선의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다.
도 4 및 도 5a를 참조하면, 기판 상에 형성된 하부의 금속 배선(100) 상에, 층간 절연막(120)을 형성한다. 층간 절연막(120)의 일부 영역에 하부의 금속 배선(100)가 접촉하는 비아(170)를 형성한다. 비아(170)가 형성된 층간 절연막(120) 상에 배선용 금속막(180a)을 형성한다(S50). 여기서, 배선용 금속막(180a)은 알루미늄막일 수 있다.
도 4 및 도 5b를 참조하면, 배선용 금속막(180a)을 패터닝하여, 층간 절연막(120) 상에 금속 배선(180)(즉, 알루미늄 배선)을 형성한다(S60). 여기서, 배선용 금속막(180a)을 패터닝하는 것은, 플라즈마 에칭 공정을 통해서 형성될 수 있다.
도 4 및 도 5c를 참조하면, 기판을 UV 처리(190)한다(S70). 전술한 바와 같이, 배선용 금속막(180a)을 패터닝할 때 사용하는 플라즈마 에칭 공정은 기판에 여러가지 결함을 발생시킬 수 있고, 기판을 UV 처리(190)함으로써 결함들을 치유할 수 있다. UV 처리(190)는 예를 들어, 50 내지 200℃에서 10초 내지 300초동안 진행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, UV 처리(190)는 UV 베이크(UV bake) 장비를 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 6는 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 배선의 제조 방법을 형성하기 위 한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 배선의 제조 방법이, 본 발명의 제2 실시예와 다른 점은 금속 배선을 형성한 후(S60) UV 처리를 다수 회 실시한다는 점이다(S70~S79). 예를 들어, UV 처리는 3회, 4회, 5회 등 실시할 수 있다. 이와 같이 다수 회 UV 처리를 실시하는 이유는 1회의 UV 처리 동안 치유할 수 있는 결함의 양은 소정 값으로 정해져 있기 때문이다. 한편, 다수 회의 UV 처리 각각은 동일한 공정 온도에서 동일한 공정 시간 동안 진행될 수도 있다. 또는, 다수 회의 UV 처리 각각은 서로 다른 공정 온도에서 동일한 공정 시간 동안 진행될 수도 있다.
이하에서는 도 7 내지 도 10c를 참조하여, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하였던 금속 배선의 제조 방법을 이용한 이미지 센서의 제조 방법을 설명한다.
도 7 은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 7을 참고하면, 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서는 광전 변환 소자를 포함하는 픽셀들이 이차원적으로 배열되어 이루어진 액티브 픽셀 센서(APS) 어레이(210), 타이밍 발생기(timing generator)(220), 행 디코더(row decoder)(230), 행 드라이버(row driver)(240), 상관 이중 샘플러(Correlated Double Sampler, CDS)(250), 아날로그 디지털 컨버터(Analog to Digital Converter, ADC)(260), 래치부(latch)(270), 열 디코더(column decoder)(280) 등을 포함한다.
APS 어레이(210)는 2차원적으로 배열된 다수의 단위 픽셀들을 포함한다. 다수의 단위 픽셀들은 광학 영상을 전기적인 출력 신호로 변환하는 역할을 한다. APS 어레이(210)는 행 드라이버(240)로부터 행 선택 신호, 리셋 신호, 전하 전송 신호 등 다수의 구동 신호를 수신하여 구동된다. 또한, 변환된 전기적인 출력 신호는 수직 신호 라인를 통해서 상관 이중 샘플러(250)에 제공된다.
타이밍 발생기(220)는 행 디코더(230) 및 열 디코더(280)에 타이밍(timing) 신호 및 제어 신호를 제공한다.
행 드라이버(240)는 행 디코더(230)에서 디코딩된 결과에 따라 다수의 단위 픽셀들을 구동하기 위한 다수의 구동 신호를 액티브 픽셀 센서 어레이(210)에 제공한다. 일반적으로 행렬 형태로 단위 픽셀이 배열된 경우에는 각 행별로 구동 신호를 제공한다.
상관 이중 샘플러(250)는 액티브 픽셀 센서 어레이(210)에 형성된 출력 신호를 수직 신호 라인을 통해 수신하여 유지(hold) 및 샘플링한다. 즉, 특정한 잡음 레벨(noise level)과, 상기 출력 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여, 잡음 레벨과 신호 레벨의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력한다.
아날로그 디지털 컨버터(260)는 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다.
래치부(270)는 디지털 신호를 래치(latch)하고, 래치된 신호는 컬럼 디코더(280)에서 디코딩 결과에 따라 순차적으로 영상 신호 처리부(도면 미도시)로 출력된다.
도 8는 도 7의 APS 어레이의 등가 회로도이다.
도 7을 참조하면, 픽셀(P)이 행렬 형태로 배열되어 APS 어레이(210)를 구성 한다. 각 픽셀(P)은 광전 변환 소자(211), 플로팅 확산 영역(213), 전하 전송 소자(215), 드라이브 소자(217), 리셋 소자(218), 선택 소자(219)를 포함한다. 이들의 기능에 대해서는 i행 픽셀(P(i, j), P(i, j+1), P(i, j+2), P(i, j+3), … )을 예로 들어 설명한다.
광전 변환 소자(211)는 입사광을 흡수하여 광량에 대응하는 전하를 축적한다. 광전 변환 소자(211)로 포토 다이오드, 포토 트랜지스터, 포토 게이트, 핀드 포토 다이오드 또는 이들의 조합이 적용될 수 있으며, 도면에는 포토 다이오드가 예시되어 있다.
각 광전 변환 소자(211)는 축적된 전하를 플로팅 확산 영역(213)으로 전송하는 각 전하 전송 소자(215)와 커플링된다. 플로팅 확산 영역(Floating Diffusion region)(FD)(213)은 전하를 전압으로 전환하는 영역으로, 기생 커패시턴스를 갖고 있기 때문에, 전하가 누적적으로 저장된다.
소오스 팔로워 증폭기로 예시되어 있는 드라이브 소자(217)는 각 광전 변환 소자(211)에 축적된 전하를 전달받은 플로팅 확산 영역(213)의 전기적 포텐셜의 변화를 증폭하고 이를 출력 라인(Vout)으로 출력한다.
리셋 소자(218)는 플로팅 확산 영역(213)을 주기적으로 리셋시킨다. 리셋 소자(218)는 소정의 바이어스(즉, 리셋 신호)를 인가하는 리셋 라인(RX(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 구동되는 1개의 MOS 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 리셋 라인(RX(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 리셋 소자(218)가 턴 온되면 리셋 소자(218)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD) 이 플로팅 확산 영역(213)으로 전달된다.
선택 소자(219)는 행 단위로 읽어낼 픽셀(P)을 선택하는 역할을 한다. 선택 소자(219)는 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스(즉, 행 선택 신호)에 의해 구동되는 1개의 MOS 트랜지스터로 이루어질 수 있다. 행 선택 라인(SEL(i))에 의해 제공되는 바이어스에 의해 선택 소자(219)가 턴 온되면 선택 소자(219)의 드레인에 제공되는 소정의 전기적 포텐셜, 예컨대 전원 전압(VDD)이 드라이브 소자(217)의 드레인 영역으로 전달된다.
전하 전송 소자(215)에 바이어스를 인가하는 전송 라인(TX(i)), 리셋 소자(218)에 바이어스를 인가하는 리셋 라인(RX(i)), 선택 소자(219)에 바이어스를 인가하는 행 선택 라인(SEL(i))은 행 방향으로 실질적으로 서로 평행하게 연장되어 배열될 수 있다.
도 9a 내지 도 9g는 전술한 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 구리 배선의 제조 방법을 이용한 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다. 도 9a 내지 도 9g는 설명의 편의를 위해서, 광전 변환 소자와 그 주변에 배치된 소자들을 중심으로 도시하였다.
우선, 도 9a를 참조하면, 기판(310) 내에 다수의 픽셀을 형성한다.
구체적으로, 우선 기판(310)에 STI(Shallow Trench Isolation), DTI(Deep Trench Isolation) 등과 같은 소자 분리 영역(312)을 형성하여, 기판(310)에 액티브 영역을 정의한다. 기판(310)은 제1 도전형(예를 들어, P형)일 수 있고, 도면에 표시하지는 않았으나 기판(310) 상에 제1 도전형의 에피층(epitaxial layer)를 성 장시킬 수도 있다.
이어서, 기판(310) 내에 광전 변환 소자(320), 플로팅 확산 영역(340), 다수의 트랜지스터를 형성한다. 여기서, 다수의 트랜지스터는 전하 전송 소자(330), 드라이버 소자(미도시), 리셋 소자(미도시), 선택 소자(미도시)에 해당할 수 있다. 한편, 도 9a에서는 광전 변환 소자(320)의 예로 핀드 포토 다이오드(pinned photodiode)를 도시하였다. 즉, 광전 변환 소자(320)는 제2 도전형(예를 들어, N형)의 불순물 영역(322)과, 제1 도전형(예를 들어, P형)의 불순물 영역(324)으로 이루어질 수 있다.
도 9b를 참조하면, 다수의 픽셀이 형성된 기판(310) 상에 층간 절연막(351)을 형성한다.
이어서, 플로팅 확산 영역(340)을 노출하는 컨택홀(391)을 형성한다.
이어서, 컨택홀(391)의 측면과 저면, 층간 절연막(351)의 상면에 컨포말하게(conformally) 베리어 금속막(381)을 형성한다, 베리어 금속막(381)은 구리 또는 구리 합금과 반응하지 않거나, 고융점 물질(high fusion point metal)을 사용하며, 예를 들어, Ti, Ta, W, Ru, TiN, TaN, WN, TiZrN, TiSiN, TaAlN, TaSiN, TaSi2, TiW 및 이들의 조합, 이들의 적층막 등이 가능하다.
이어서, 컨택홀(391)을 채우도록 베리어 금속막(381) 상에 구리, 티타늄, 텅스텐 등을 증착하여 도전층을 형성하고, 층간 절연막(351)의 상면이 노출되도록 도전층 및 베리어 금속막(381)을 평탄화하여 컨택(371)을 완성한다. 컨택(371)으로 티타늄, 텅스텐을 사용할 때에는 베리어 금속막(381)을 사용하지 않을 수도 있다.
이어서, 확산 방지막(361), 층간 절연막(352)을 형성한다. 확산 방지막(361)은 구리의 확산을 방지하는 역할을 하고, 에칭 공정에서의 에칭 스토퍼(etching stopper) 역할을 한다.
이어서, 플라즈마 에칭 공정을 이용하여, 층간 절연막(352) 내에 배선 형성 영역(392)를 형성한다. 도 9b에 도시된 배선 형성 영역(392)은 싱글 다마신 배선을 형성하기 위한 영역이다.
이어서, 기판(310)을 UV 처리(410)한다. 전술한 바와 같이, 플라즈마 에칭 공정을 통해서 배선 형성 영역(392)를 형성하면, 여러가지 결함(damage)이 발생할 수 있다. 예를 들어, 광전 변환 소자(320)에 미치는 스트레스를 변화시킬 수도 있고, 광전 변환 소자(320)의 표면, 소자 분리 영역(312)과 기판(310)의 경계, 기판(310)과 전하 전송 소자(330)의 경계 등에서 전하가 생성될 수도 있다.
이러한 결함들은 출력 신호의 다크 레벨(dark level)을 증가시킬 수 있다. 픽셀은 출력 라인(Vout)을 통해서 출력 신호를 제공하는데, 출력 신호는 신호 레벨과 다크 레벨로 구분할 있다. 즉, 신호 레벨은 광전 변환을 통해서 생성한 전하에 대응되는 전압값을 의미하고, 다크 레벨은 광전 변환이 아닌 방식으로 생성된 전하(예를 들어, 열에 의해 생성된 전하 및 기타 오프셋에 의한 전하)에 대응되는 전압값을 의미한다. 따라서, 이러한 결함을 치유하여야 한다.
기판을 UV 처리(410)함으로써 이러한 결함들을 치유할 수 있다. 특히, 광전 변환 소자(320)의 표면, 소자 분리 영역(312)과 기판(310)의 경계, 기판(310)과 전 하 전송 소자(330)의 경계 등에서 전하가 생성된 전하를 제거할 수 있다. 따라서, 픽셀에서 출력되는 출력 신호의 다크 레벨을 줄일 수 있다.
UV 처리(410)는 예를 들어, 50 내지 200℃에서 10초 내지 300초동안 진행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, UV 처리(410)는 UV 베이크(UV bake) 장비를 이용하여 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, UV 처리(410)를 다수회 수행할 수도 있다.
도 9c를 참조하면, 배선 형성 영역(392) 내에 베리어 금속막(382), 금속 배선(372)(즉, 싱글 다마신 배선)을 형성한다. 여기서, 금속 배선(372)은 구리 배선일 수 있다.
도 9d를 참조하면, 금속 배선(372)가 형성된 층간 절연막(352) 상에, 확산 방지막(362), 층간 절연막(353)를 형성한다.
이어서, 층간 절연막(353) 내에 듀얼 다마신 배선을 형성하기 위한 배선 형성 영역(395)을 형성한다. 배선 형성 영역(395)는 비아홀(393)과 트렌치(394)를 포함한다. 예를 들어, 층간 절연막(395)의 소정 영역에 먼저 비아홀(393)을 형성하고, 비아홀(393)의 상부를 경유하는 트렌치(394)를 형성할 수 있다. 또는, 트렌치(394)를 먼저 형성하고 비아홀(393)을 나중에 형성할 수 있다. 배선 형성 영역(395)(즉, 비아홀(393) 및 트렌치(394))을 형성하는 것은 플라즈마 에칭 공정을 이용하여 통해서 형성될 수 있다.
이어서, 기판을 UV 처리(420)한다. 기판을 UV 처리(420)함으로써, 플라즈마 에칭 공정에 의해 생성된 결함을 제거할 수 있다.
도 9e를 참조하면, 배선 형성 영역(395) 내에 베리어 금속막(383), 금속 배선(373)(즉, 듀얼 다마신 배선)을 형성한다. 여기서, 금속 배선(373)은 구리 배선일 수 있다.
도 9f를 참조하면, 도 9d, 도 9f에서 설명한 바와 같이, 금속 배선(373)이 형성된 층간 절연막(353) 상에, 확산 방지막(363), 층간 절연막(354)를 형성한다.
이어서, 층간 절연막(354) 내에 비아홀(396)과 트렌치(397)를 포함하는 배선 형성 영역(398)을 형성한다.
이어서, 기판을 UV 처리한다.
이어서, 배선 형성 영역(398) 내에 베리어 금속막(384), 금속 배선(374)(즉, 듀얼 다마신 배선)을 형성한다.
이어서, 확산 방지막(364)을 형성한다.
도 9g를 참조하면, 광전 변환 소자(320) 상에, 다층의 층간 절연막(351, 352, 353, 354), 다층의 확산 방지막(361, 362, 363, 364) 등을 관통하는 캐버티(cavity)(326)를 형성한다.
구체적으로, 확산 방지막(361, 362, 363, 364)으로 사용하는 실리콘 질화막은 광에 대한 투과율이 낮기 때문에 입사광이 광전 변환 소자(320)에 도달하는 것을 방해할 수 있다. 따라서, 광전 변환 소자(320) 상에 형성된 다층의 층간 절연막(351, 352, 353, 354), 다층의 확산 방지막(361, 362, 363, 364)을 제거하기 위해, 캐버티(326)를 형성한다. 캐버티(326)를 형성함으로써, 광전 변환 소자(320)에 도달하는 입사광의 양을 증가시키고, 광감도를 증가시킬 수 있다.
캐버티(326)는 도 9g에 도시된 것과 같이 층간 절연막(351)의 일부까지 제거함으로써 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것이 아니다. 또한, 캐버티(326)은 도 9g에 도시된 것과 같이 경사진 측벽과, 평탄한 저면을 가질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 캐버티(326)의 측벽은 경사지지 않을 수도 있고, 캐버티(326)의 저면은 평탄하지 않을 수도 있다(즉, 오목 또는 볼록한 형태를 가질 수도 있다).
이어서, 캐버티(326)를 광투과 물질(327)로 채운다.
광투과 물질(327)은 예를 들어, 유기 고분자 화합물, 예를 들면 Cytop™ 이라는 환구조를 갖는 불소계 고분자, 또는 PMMA 계열의 고분자를 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 스핀 코팅 방식을 이용하여, 캐버티(326)를 광투과 물질(327)로 채울 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이어서, 광투과 물질(327) 상에 컬러 필터(328)를 형성하고, 이어서 컬러 필러(328) 위의 광전 변환 소자(320)에 대응되는 위치에 마이크로 렌즈(329)를 형성한다.
도 10a 내지 도 10c는 전술한 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 구리 배선의 제조 방법을 이용한 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다.
도 10a를 참조하면, 컨택(371)이 형성된 층간 절연막(351) 상에, 배선용 금속막(510a)를 형성한다. 배선용 금속막(510a)은 알루미늄막일 수 있다.
도 10b를 참조하면, 배선용 금속막(510a)를 패터닝하여, 층간 절연막(351) 상에 금속 배선(510)(즉, 알루미늄 배선)을 형성한다.
도 10c를 참조하면, 기판을 UV 처리(610)한다. 전술한 바와 같이, 배선용 금속막(510a)을 패터닝할 때 사용하는 플라즈마 에칭 공정은 기판에 여러가지 결함을 발생시킬 수 있고, 기판을 UV 처리(610)함으로써 전술한 결함들을 치유할 수 있다. 특히, UV 처리는 광전 변환 소자(320)의 표면, 소자 분리 영역(312)과 기판(310)의 경계, 기판(310)과 전하 전송 소자(330)의 경계 등에서 전하가 생성된 전하를 제거할 수 있다. 또한, UV 처리(610)는 다수회 실시할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 배선의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1의 금속 배선의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 배선의 제조 방법을 형성하기 위한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 금속 배선의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5a 내지 도 5c는 도 4의 금속 배선의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다.
도 6는 본 발명의 제4 실시예에 따른 금속 배선의 제조 방법을 형성하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 이미지 센서의 블록도이다.
도 8는 도 7의 APS 어레이의 등가 회로도이다.
도 9a 내지 도 9g는 전술한 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 구리 배선의 제조 방법을 이용한 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도면들이다.
도 10a 내지 도 10c는 전술한 본 발명의 제3 및 제4 실시예에 따른 구리 배선의 제조 방법을 이용한 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 중간 단계 도 면들이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
120 : 층간 절연막 130 : 배선 형성 영역
132 : 비아홀 134 : 트렌치
140 : UV 처리 150 : 베리어 금속막
160 : 금속 배선

Claims (20)

  1. 기판 상에 층간 절연막을 형성하고,
    플라즈마 에칭 공정을 이용하여 상기 층간 절연막 내에 배선 형성 영역을 형성하고,
    상기 배선 형성 영역을 형성한 후, 상기 플라즈마 에칭 공정에 의해 발생된 상기 기판의 결함을 치유하기 위해 상기 기판을 UV 처리하고,
    상기 배선 형성 영역 내에 금속 배선을 형성하는 것을 포함하는 금속 배선의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 UV 처리는 다수회 수행되는 것을 포함하는 금속 배선의 제조 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 UV 처리는 50 내지 200℃에서 10초 내지 300초동안 진행되는 금속 배선의 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 배선 형성 영역은, 싱글 다마신 배선 형성 영역, 듀얼 다마신 배선 영역, 컨택홀, 비아홀 중 적어도 하나를 포함하는 금속 배선의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 배선은 구리 배선인 금속 배선의 제조 방법.
  7. 기판 상의 층간 절연막 상에 배선용 금속막을 형성하고,
    플라즈마 에칭 공정을 이용해서 상기 배선용 금속막을 패터닝하여, 상기 층간 절연막 상에 금속 배선을 형성하고,
    상기 금속 배선을 형성한 후, 상기 플라즈마 에칭 공정에 의해 발생된 상기 기판의 결함을 치유하기 위해 상기 기판을 UV 처리하는 것을 포함하는 금속 배선의 제조 방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 금속 배선은 알루미늄 배선인 금속 배선의 제조 방법.
  12. 기판에 광전 변환 소자를 형성하고,
    상기 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 층간 절연막을 형성하고,
    플라즈마 에칭 공정을 이용하여, 상기 층간 절연막 내에 배선 형성 영역을 형성하고,
    상기 배선 형성 영역을 형성한 후, 상기 플라즈마 에칭 공정에 의해 발생된 상기 기판의 결함을 치유하기 위해 상기 기판을 UV 처리하고,
    상기 배선 형성 영역 내에 금속 배선을 형성하는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 기판에 광전 변환 소자를 형성하고,
    상기 광전 변환 소자가 형성된 기판 상에 층간 절연막을 형성하고,
    상기 층간 절연막 상에 배선용 금속막을 형성하고,
    플라즈마 에칭 공정을 이용하여 상기 배선용 금속막을 패터닝하여, 상기 층간 절연막 상에 금속 배선을 형성하고,
    상기 금속 배선을 형성한 후, 상기 플라즈마 에칭 공정에 의해 발생된 상기 기판의 결함을 치유하기 위해 상기 기판을 UV 처리하는 것을 포함하는 이미지 센서의 제조 방법.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
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