KR20030039250A - 씨모스 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광감도 특성을 향상시키고 다크 전류를 감소시킬 수 있는 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법은, 필드 절연막 및 화소가 형성되어 있고, 상부에 층간절연막 및 금속배선이 형성되어 있는 반도체 기판을 준비하는 단계; 기판 상에 금속배선을 덮도록 산화막을 형성하는 단계; 산화막 상에 SOG막을 형성하여 표면을 평탄화하는 단계; SOG막 상에 소자보호막을 형성하는 단계; 소자보호막이 형성된 기판을 어닐링하는 단계; 및 소자보호막 상부에 칼라필터를 형성하는 단계를 포함한다. 바람직하게, SOG막은 수소 함량이 높은 수소 실리케이트 기재의 SOG막으로 형성하고, 더욱 바람직하게는 무기물 계열의 SOG막으로 형성한다. 또한, 산화막은 PE-TEOS막으로 1000 내지 2000Å의 두께로 형성하고, 소자보호막은 PE-TEOS 계열의 막으로 형성하며, 어닐링은 질소 또는 수소 분위기로 수행한다.

Description

씨모스 이미지 센서의 제조방법{METHOD OF MANUFACTURING CMOS IMAGE SENSOR}
본 발명은 CMOS 이미지 센서(complementary metal oxide semiconductor image sensor) 기술에 관한 것으로, 특히 광감도(high sensitivity)를 향상시키고 다크 전류(dark current)를 감소시킬 수 있는 CMOS 이미지 센서의 제조방법에 관한 것이다.
CMOS 이미지 센서는 빛을 감지하는 광감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로 부분으로 구성되어 있다. 또한, 칼라 이미지를 구현하기 위한 이미지센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광감지부분 상부에 칼라 필터가 어레이 되어 있다. 칼라 필터 어레이(CFA : Color Filter Array)는 레드(Red), 그린(Green)및 블루(Blue)의 3가지 칼라로 이루어지거나, 옐로우(Yellow), 마젠타(Magenta) 및 시안(Cyan)의 3가지 칼라로 이루질 수 있다.
도 1은 종래의 CMOS 이미지센서를 개략적으로 나타낸 단면도로서, 도 1을 참조하여 그 제조방법을 설명한다.
실리콘과 같은 반도체 기판(10) 상에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드절연막(11)을 형성하고, 트랜지스터(12) 및 포토다이오드(photo diode; 미도시)를 포함하는 화소를 형성한 후, 제 1 층간절연막(13A)을 형성하고 제 1 금속배선(14A)을 형성한다. 그리고 나서, 제 1 금속배선(14A)을 덮도록 제 1 층간절연막(13A) 상에 제 2 층간절연막(13B)을 형성하고, 제 2 금속배선(14B)을 형성한 후, 수분이나 스크래치등으로부터 소자를 보호하기 위하여 제 1 및 제 2 패시배이션막(15A, 15B)을 연속적으로 증착하여 소자보호막(15)을 형성한다. 그 다음, 이미지센서의칼라 이미지 구현을 위하여 소자보호막(15) 상부에 칼라필터(16)를 형성한다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래의 CMOS 이미지 센서에 있어서는, 필드절연막(11) 및 금속배선(14A, 14B)의 토폴로지(topology)로 인하여 층간절연막(13A, 13B) 및 소자보호막(15)의 표면이 평탄하지 못하고 불균일하여 단차를 갖는다. 이에 따라, 소자보호막(15) 상부에 형성되는 칼라필터(16)의 두께가 불균일하게 되어 광감도 특성이 열화되는 문제가 발생한다.
또한, 도시되지는 않았지만 상기 포토다이오드의 공핍(depletion) 영역에 위치하는 댕글링 본드(dangling bond) 및 부정합(dislocation) 등의 결함으로 인하여 EHP가 형성되고, 이러한 EHP 중 전계에 의하여 포토다이오드로 유입된 전자에 의해서 다크 전류가 생성되는 문제도 발생한다.
이에 대하여 종래에는, 우선 표면단차로 인한 문제를 해결하기 위하여, 패시배이션막(15) 상부에 플로우(flow) 특성이 우수한 포토레지스트 계열의 오버 코팅층(over coating layer)을 증착하여 표면을 평탄화한 후 칼라필터를 적용하였으나, 블루 파장에서 흡광이 있어 블루파장의 투과 특성이 저하됨으로써 결국 이미지 센서의 투과특성이 저하되는 다른 문제가 발생한다.
또한, 다크 전류 문제를 해결하기 위하여, 소자보호막(15)으로서 형성되는 패시배이션막(15A, 15B)을 PE(plasma enhanced) 질화막으로 형성한 후, 수소(H2) 또는 질소(N2) 분위기로 어닐링을 수행하여 댕글링 본드 및 부정합 등의 결함을 제거하였으나, PE 질화막의 높은 흡광계수로 인하여 PE 질화막을 사용하지 않은 경우에 비해 약 10% 정도 광감도가 저하되는 또 다른 문제가 발생된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 투과특성을 저하시키는 것 없이 광감도 특성을 향상시키고, 또한 광감도 특성을 저하시키는 것 없이 다크 전류를 감소시킬 수 있는 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도.
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
20 : 반도체 기판21 : 필드절연막
22 : 트랜지스터23A, 23B : 층간절연막
24A, 24B : 금속배선25 : 산화막
26 : SOG막27A, 28B : 패시배이션막
27 : 소자보호막28 : 칼라필터
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, CMOS 이미지 센서의 제조방법은, 필드 절연막 및 화소가 형성되어 있고, 상부에 층간절연막 및 금속배선이 형성되어 있는 반도체 기판을 준비하는 단계; 기판 상에 금속배선을 덮도록 산화막을 형성하는 단계; 산화막 상에 SOG막을 형성하여 표면을 평탄화하는 단계; SOG막 상에 소자보호막을 형성하는 단계; 소자보호막이 형성된 기판을 어닐링하는 단계; 및 소자보호막 상부에 칼라필터를 형성하는 단계를 포함한다.
바람직하게, SOG막은 수소 함량이 높은 수소 실리케이트 기재의 SOG막으로 형성하고, 더욱 바람직하게는 무기물 계열의 SOG막으로 형성한다.
또한, 산화막은 PE-TEOS막으로 1000 내지 2000Å의 두께로 형성하고, 소자보호막은 PE-TEOS 계열의 막으로 형성하며, 어닐링은 질소 또는 수소 분위기로 수행한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2a를 참조하면, 실리콘과 같은 반도체 기판(20) 상에 소자간의 전기적인 절연을 위하여 필드절연막(21)을 형성하고, 트랜지스터(22) 및 포토다이오드(photo diode; 미도시)를 포함하는 화소를 형성한 후, 제 1 층간절연막(23A)을 형성하고 제 1 금속배선(24A)을 형성한다. 그리고 나서, 제 1 금속배선(24A)을 덮도록 제 1 층간절연막(23A) 상에 제 2 층간절연막(23B)을 형성하고 제 2 금속배선(24B)을 형성한다.
그 다음, 이후 형성될 SOG막의 디개싱(degasing) 문제로 인한 포이즌 비아(poissioned via)의 발생을 방지하기 위하여, 제 2 금속배선(24B)을 덮도록 제 2 층간절연막(23B) 상에 산화막(25)을 형성한다. 바람직하게, 산화막(25)은 PE-TEOS막으로 1000 내지 2000Å의 두께로 형성한다. 그 후, 산화막(25) 상부에 광흡수성이 없는 물질인 SOG막(26)을 도포하고 경화시켜 표면을 평탄화시킨다. 바람직하게, SOG막(26)은 EHP 의 발생을 최소화하기 위하여 비교적 수소함량이 높은 수소 실리케이트 기재(hydrogen silicate based)의 SOG막으로 형성하고, 더욱 바람직하게는 공정의 안정성을 위하여 수소 실리케이트 기재의 SOG막 중 무기물 계열의 SOG막으로 형성한다.
도 2b를 참조하면, SOG막(26) 상부에 수분이나 스크래치등으로부터 소자를 보호하기 위하여 제 1 및 제 2 패시배이션막(27A, 27B)을 연속적으로 증착하여 소자보호막(27)을 형성한다. 바람직하게, 제 1 및 제 2 패시배이션막(27A, 27B)은 광흡수성이 없는 물질인 PE-TEOS 계열의 막으로 형성하여 광감도 저하를 방지한다.그리고 나서, 소자보호막(27)이 형성된 기판을 질소(N2) 또는 (H2) 분위기로 어닐링을 수행한다. 이때, SOG막(26)에 함유된 수소의 확산에 의해 댕글링 본드 및 부정합 등이 제거되어 EHP가 최소화됨으로써 다크 전류가 최소화된다.
그 후, 도 2c에 도시된 바와 같이, 소자보호막(27) 상부에 칼라필터(28)를 형성한다. 이때, SOG막(26)에 의해 평탄화된 표면에 의해, 칼라필터(28)의 두께가 균일하게 형성되므로 광감도 특성의 열화가 방지된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 금속배선의 형성 후 소자보호막을 형성하기 전에 광흡수성이 없는 물질인 SOG막을 형성하여 표면을 평탄화시키고, 종래의 PE 질화막 대신 광흡수성이 없는 PE-TEOS 계열의 막으로 소자보호막을 형성한 후 어닐링을 수행함으로써, 투과특성의 저하없이 칼라필터를 균일한 두께로 형성할 수 있을 뿐만 아니라 EHP를 최소화할 수 있게 된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양하게 변형시켜 실시할 수 있다.
전술한 본 발명은 소자의 광감도 특성이 향상됨과 동시에 다크 전류가 감소되는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (7)

  1. 필드 절연막 및 화소가 형성되어 있고, 상부에 층간절연막 및 금속배선이 형성되어 있는 반도체 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판 상에 상기 금속배선을 덮도록 산화막을 형성하는 단계;
    상기 산화막 상에 SOG막을 형성하여 표면을 평탄화하는 단계;
    상기 SOG막 상에 소자보호막을 형성하는 단계;
    상기 소자보호막이 형성된 기판을 어닐링하는 단계; 및
    상기 소자보호막 상부에 칼라필터를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 SOG막은 수소 함량이 높은 수소 실리케이트 기재의 SOG막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 SOG막은 무기물 계열의 SOG막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 소자보호막은 PE-TEOS 계열의 막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화막은 PE-TEOS막으로 형성하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
  6. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 산화막은 1000 내지 2000Å의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 어닐링은 질소 또는 수소 분위기로 수행하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
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