KR20040004904A - Image sensor and fabricating method of the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 레이져 융단(Laser blowing)을 위한 안정적인 퓨즈를 갖는 이미지센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor, and more particularly, to an image sensor having a stable fuse for laser blowing and a method of manufacturing the same.
일반적으로, 이미지센서란 빛에 반응하는 반도체의 성질을 이용하여 이미지를 찍어(Capture)내는 장치이다. 자연계에 존재하는 각 피사체의 부분부분은 빛의 밝기 및 파장 등이 서로 달라서 감지하는 장치의 각 화소에서 다른 전기적인 값을보이는데, 이 전기적인 값을 신호처리가 가능한 레벨로 만들어 주는 것이 바로 이미지 센서가 하는 일이다.In general, an image sensor is a device that captures an image by using a property of a semiconductor that reacts to light. Part of each subject in the natural world has different electrical values at each pixel of the sensing device because the brightness and wavelength of light are different from each other. It is this image sensor that makes the level of signal processing possible. Is what it does.
이를 위해 이미지센서는 수십만에서 수백만 개의 화소로 구성된 화소 어레이와, 화소에서 감지한 아날로그(Analog) 데이터를 디지털(Digital) 데이터로 바꿔주는 장치와, 수백에서 수천 개의 저장 장치 등으로 구성되는데, 이때 이러한 많은수의 장치들로 인해 이미지센서는 항상 공정상 오류 가능성을 가지게 된다.To this end, the image sensor is composed of a pixel array consisting of hundreds of thousands to millions of pixels, a device for converting analog data sensed by the pixel into digital data, and hundreds to thousands of storage devices. Due to the large number of devices, the image sensor always has a process error.
한편, 이러한 이미지 센서의 질은 불량화소의 개수에 따라 제품의 등급이 결정되며, 불량화소의 개수가 적을수록 양질의제품이 된다. 이미지센서에서 이러한 불량화소로 인한 오류는 화면 상에 작은 반점 또는 줄로 나타나게 되는데, 이때 이러한 부분 오류가 있는 이미지 센서 칩을 모두 불량 칩으로 판정하는 경우, 수율이 감소하게 되는 문제가 있다.On the other hand, the quality of the image sensor is a product grade is determined according to the number of defective pixels, the smaller the number of defective pixels is a good product. Errors caused by such defective pixels in the image sensor appear as small spots or lines on the screen. In this case, when all of the image sensor chips having such partial errors are judged as defective chips, the yield is reduced.
따라서, 이미지센서 제조시 퓨즈부를 설계하고 칩 공정이 완료된 후 웨이퍼에서 테스트를 실시하여 불량화소가 검출될 경우 이를 레이져 융단을 통해 제거하는 방법이 사용되고 있다.Therefore, a method of designing a fuse unit in manufacturing an image sensor, performing a test on a wafer after chip processing is completed, and removing a defective pixel through a laser carpet is used.
도 1은 종래의 금속 퓨즈를 갖는 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an image sensor having a conventional metal fuse.
도 1을 참조하면, 단위화소 영역(b-b')의 반도체 기판(SUB)에 포토다이오드(PD)와 트랜스퍼게이트(TX)와 플로팅센싱노드(FD)가 형성되어 있으며, 포토다이오드(PD)의 수광소자 상부에 마이크로렌즈(ML)가 형성되어 있다. 한편, 퓨즈영역(a-a')에서는 반도체 기판(SUB)에 필드산화막(FOX)이 형성되어 있으며, 필드산화막(FOX) 상부에 메탈로 이루어진 퓨즈(FUSE)와 산화막(OXIDE)이 형성되어 있다. 산화막(OXIDE)은 불량화소 판정에 의한 퓨즈(FUSE) 절단을 위해 레이져 융단이 용이하도록 퓨즈(FUSE) 상부에 얇은 두께만이 존재하도록 정의된 퓨즈박스(Fuse Box, FB)에 의해 식각되어 있다.Referring to FIG. 1, a photodiode PD, a transfer gate TX, and a floating sensing node FD are formed on a semiconductor substrate SUB in a unit pixel area b-b ', and a photodiode PD The microlens ML is formed on the light receiving element. Meanwhile, in the fuse region a-a ′, a field oxide film FOX is formed on the semiconductor substrate SUB, and a metal fuse FUSE and an oxide film OXIDE are formed on the field oxide film FOX. . The oxide film OXIDE is etched by a fuse box FB defined so that only a thin thickness exists on the top of the fuse to facilitate laser fusion for the fuse cut by the defective pixel.
따라서, 어느 단위화소가 불량이라고 판정될 경우 전술한 퓨즈박스(FB)의 얇은 산화막(OXIDE) 부분에 레이져를 가해 절단하게 되는 것이다.Therefore, when it is determined that a unit pixel is defective, the laser is applied to the thin oxide film OXIDE of the fuse box FB and cut.
한편, 종래의 퓨즈는 메탈을 사용하였는 바, 메탈을 이용한 패턴 형성을 위한 별도의 공정이 추가되며, 퓨즈 형성시 메탈 식각에 따른 오염문제가 발생할 수 있다. 또한, 레이져 융단시 필드산화막이나 반도체 기판의 어택이 발생할 수 있다.Meanwhile, since a conventional fuse uses metal, an additional process for forming a pattern using metal is added, and a contamination problem may occur due to metal etching when the fuse is formed. In addition, attack of the field oxide film or the semiconductor substrate may occur during laser melting.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 별도의 추가 공정없이 레이져 융단에 따른 필드산화막과 기판의 어택을 방지할 수 있는 이미지센서 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention proposed to solve the problems of the prior art as described above, an object thereof is to provide an image sensor and a method of manufacturing the same that can prevent the attack of the field oxide film and the substrate due to the laser carpet without additional processing. .
도 1은 종래의 금속 퓨즈를 갖는 이미지센서를 개략적으로 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view schematically showing an image sensor having a conventional metal fuse.
도 2는 본 발명의 이미지센서를 도시한 평면도.2 is a plan view showing an image sensor of the present invention.
도 3은 도 2를 X-X' 방향으로 절단한 본 발명의 이미지센서를 도시한 단면도.3 is a cross-sectional view of the image sensor of the present invention cut in FIG. 2 in the X-X 'direction.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
20 : 반도체기판21 : 필드산화막20: semiconductor substrate 21: field oxide film
22 : 제1절연막23 : 폴리실리콘 버퍼층22: first insulating film 23: polysilicon buffer layer
24 : 폴리실리콘 퓨즈25 : 보호막24 polysilicon fuse 25 protective film
26 : 제2절연막27 : 퓨즈박스26: second insulating film 27: fuse box
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체기판 상에 제공되는 폴리실리콘 버퍼층; 상기 폴리실리콘 버퍼층 상에 제공되는 제1절연막; 상기 제1절연막 상에 제공되는 폴리실리콘 퓨즈; 및 상기 폴리실리콘 퓨즈의 상부에 제공되는 제2절연막; 레이져 융단시 상기 폴리실리콘 퓨즈를 절단하기 위해 상기 제2절연막의 두께가 주위에 비해 얇도록 제공되는 퓨즈박스를 포함하는 이미지센서를 제공한다.The present invention to achieve the above object, Polysilicon buffer layer provided on a semiconductor substrate; A first insulating film provided on the polysilicon buffer layer; A polysilicon fuse provided on the first insulating film; And a second insulating film provided on the polysilicon fuse; Provided is an image sensor including a fuse box provided so that the thickness of the second insulating layer is thinner than the surroundings to cut the polysilicon fuse during laser melting.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체기판 상에 폴리실리콘 버퍼층을 형성하는 단계; 상기 폴리실리콘 버퍼층 상에 제1절연막을 형성하는 단계; 상기 제1절연막 상에 폴리실리콘 퓨즈를 형성하는 단계; 상기 폴리실리콘 퓨즈의 상부에 제2절연막을 형성하는 단계; 및 상기 퓨즈 상부의 상기 제2절연막의 두께가 주위에 비해 얇도록 상기 제2절연막을 선택적으로 식각하여 레이져 융단시 상기 폴리실리콘 퓨즈를 절단하기 위한 퓨즈박스를 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.In addition, to achieve the above object, the present invention comprises the steps of forming a polysilicon buffer layer on a semiconductor substrate; Forming a first insulating layer on the polysilicon buffer layer; Forming a polysilicon fuse on the first insulating layer; Forming a second insulating layer on the polysilicon fuse; And selectively etching the second insulating layer so that the thickness of the second insulating layer on the fuse is thinner than the surroundings, thereby forming a fuse box for cutting the polysilicon fuse during laser melting. To provide.
본 발명은, 폴리실리콘을 이용하여 퓨즈를 형성하고 그 하부에 절연막과 버퍼 역할을 하는 폴리실리콘막을 형성하여 레이져 융단에 따른 하부 기판 또는 필드산화막의 어택을 방지하며, 퓨즈로 사용되는 폴리실리콘과 버퍼 역할을 하는 폴리실리콘은 모두 아날로그 소자 영역에서의 캐패시터 전극 물질이므로 별도의 메탈 패턴 형성에 따른 추가의 공정을 생략하여 공정단순화를 기할 수 있으며, 메탈 식각에 따른 오염을 방지하고자 한다.The present invention forms a fuse using polysilicon and forms a polysilicon film acting as an insulating film and a buffer under the polysilicon to prevent attack of the lower substrate or the field oxide film according to the laser carpet, and the polysilicon and the buffer used as the fuse. Since all polysilicon that plays a role is a capacitor electrode material in the analog device region, it is possible to simplify the process by eliminating the additional process according to the formation of a separate metal pattern, and to prevent contamination due to metal etching.
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 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the technical idea of the present invention.
도 2는 본 발명의 이미지센서를 도시한 평면도이다.2 is a plan view illustrating the image sensor of the present invention.
도 2를 참조하면, 퓨즈박스(27)가 제공되며, 퓨즈박스(27)는 의해 제2절연막(도시하지 않음)의 식각에 따라 그 상부에 주변에 비해 엷은 제2절연막을 갖도록 형성되어 레이져 융단시 퓨즈를 절단하기 위한 것이다.Referring to FIG. 2, a fuse box 27 is provided, and the fuse box 27 is formed to have a second insulating film thinner than the periphery of the second insulating film (not shown) by etching the laser insulating film. To cut the fuse.
다수의 폴리실리콘 버퍼층(23)이 일방향으로 배치되어 있으며, 폴리실리콘 버퍼층(23) 상부에 오버랩되며 폴리실리콘 버퍼층(23)보다 그 폭이 더 좁도록 배치된 폴리실리콘 퓨즈(24)가 제공된다.A plurality of polysilicon buffer layers 23 are disposed in one direction, and a polysilicon fuse 24 overlapping the polysilicon buffer layer 23 and narrower in width than the polysilicon buffer layer 23 is provided.
도 3은 전술한 도 2를 X-X' 방향으로 절단한 본 발명의 이미지센서를 도시한 단면도이다.FIG. 3 is a cross-sectional view of the image sensor of the present invention taken from the above-described FIG.
도 3을 참조하면, 본 발명의 이미지센서는, 반도체기판(20) 상에 제공되는 폴리실리콘 버퍼층(23)과, 폴리실리콘 버퍼층(23) 상에 제공되는 제1절연막(22)과, 제1절연막(22) 상에 제공되는 폴리실리콘 퓨즈(24)와, 폴리실리콘 퓨즈(24)의 상부에 제공되는 제2절연막(26)과, 레이져 융단시 폴리실리콘 퓨즈(24)를 절단하기 위해 제2절연막의 두께(26)가 주위에 비해 얇도록 제공되는 퓨즈박스(27)을 구비하며, 미설명된 도면부호 '25'는 산화막 계열의 물질막이고 '21'은 필드산화막이다.Referring to FIG. 3, an image sensor of the present invention includes a polysilicon buffer layer 23 provided on a semiconductor substrate 20, a first insulating film 22 provided on a polysilicon buffer layer 23, and a first insulating film 22. A polysilicon fuse 24 provided on the insulating film 22, a second insulating film 26 provided on the polysilicon fuse 24, and a second silicon cut fuse 24 for cutting the laser melting. The fuse box 27 is provided so that the thickness 26 of the insulating film is thinner than the surroundings. The reference numeral 25 denotes an oxide-based material film and 21 is a field oxide film.
폴리실리콘 버퍼층(23)은 폴리실리콘 퓨즈(24) 보다 그 폭이 더 넓게 형성되어 있다. 이는 레이져 융단시 폴리실리콘 퓨즈(24)에 대한 미스얼라인이 발생하더라도 폴리실리콘 버퍼층(23)이 이를 커버하여 반도체기판(20)과 필드산화막(21)의 어택을 방지하기 위한 것이다.The polysilicon buffer layer 23 is formed to be wider than the polysilicon fuse 24. This is to prevent the attack of the semiconductor substrate 20 and the field oxide film 21 by covering the polysilicon buffer layer 23 even if a misalignment occurs with respect to the polysilicon fuse 24 during laser melting.
여기서, 제1 및 제2절연막(22, 26)은 산화막을 포함하며, 폴리실리콘 버퍼층(23)과 폴리실리콘 퓨즈(24)는 이미지센서의 아날로그 캐패시터를 이루는 상부전과 상부전극 물질과 각각 동일 물질로 동시에 형성된다.Here, the first and second insulating layers 22 and 26 may include an oxide layer, and the polysilicon buffer layer 23 and the polysilicon fuse 24 may be made of the same material as that of the upper electrode and the upper electrode, respectively, which form an analog capacitor of the image sensor. Formed at the same time.
즉, 전술한 폴리실리콘 버퍼층(23)은 아날로그 캐패시터의 하부전극과 같이 형성되며, 레이져 융단시 필드산화막(21)과 기판(20)의 어택을 방지하는 역할을 하며, 폴리실리콘 퓨즈(24)는 아날로그 캐패시터의 상부전극과 같이 형성되며, 퓨즈 역할을 한다.That is, the polysilicon buffer layer 23 is formed together with the lower electrode of the analog capacitor, and serves to prevent attack of the field oxide layer 21 and the substrate 20 during laser melting, and the polysilicon fuse 24 It is formed like the upper electrode of the analog capacitor and serves as a fuse.
전술한 이미지센서의 제조 공정을 살펴 본다.Look at the manufacturing process of the above-described image sensor.
반도체기판(20) 상에 필드산화막(21)을 형성한 다음, 아날로그 캐패시터의 하부전극 형성을 위해 폴리실리콘막을 증착한 다음, 아날로그 캐패시터의 하부전극 및 디지탈 소자가 형성되는 영역에서 폴리실리콘 버퍼층(23)을 형성하는 패턴 형성 공정을 실시한다.After forming the field oxide film 21 on the semiconductor substrate 20, a polysilicon film is deposited to form the lower electrode of the analog capacitor, and then the polysilicon buffer layer 23 in the region where the lower electrode and the digital element of the analog capacitor are formed. The pattern forming process of forming) is performed.
이어서, 단위화소 등에 사용되는 각 트랜지스터의 게이트절연막 형성을 위해 산화막 계열의 물질막을 형성하는 바, 여기서의 제1절연막(22)은 이 때 증착된다.Subsequently, an oxide film-based material film is formed to form the gate insulating film of each transistor used in the unit pixel or the like, wherein the first insulating film 22 is deposited at this time.
이어서, 아날로그 캐패시터의 상부전극 형성을 위한 폴리실리콘막을 증착하고 패터닝하는 바, 이 때 퓨즈영역에서는 폴리실리콘 퓨즈(24)가 형선되며, 폴리실리콘 퓨즈(24)의 폭은 폴리실리콘 버퍼층(23)의 폭보다 좁게한다.Subsequently, a polysilicon film for forming the upper electrode of the analog capacitor is deposited and patterned. At this time, the polysilicon fuse 24 is shaped in the fuse region, and the width of the polysilicon fuse 24 is wider than that of the polysilicon buffer layer 23. Narrower than width.
이어서, PMD(Pre Metal Dielectric)막과 IMD(Inter Metal Dielectric)막 및 보호막(Passivation, 25)을 형성한 다음, 퓨즈영역에서 산화막계열의 제2절연막(26)을 증착한 다음, 레이져 융단시 폴리실리콘 퓨즈(24)의 커팅(Cutting)을 할 수 있도록 제2절연막(26)을 선택적으로 식각하여 폴리실리콘 퓨즈(24) 상부의 제2절연막(26)의 두께가 주위에 비해 얇은 퓨즈박스(27)를 형성한다.Subsequently, a PMD (Pre Metal Dielectric) film, an IMD (Inter Metal Dielectric) film, and a passivation film (Passivation) 25 are formed, and then a second insulating film 26 of an oxide film layer is deposited in the fuse region. The second insulating layer 26 is selectively etched to cut the silicon fuse 24 so that the thickness of the second insulating layer 26 on the polysilicon fuse 24 is thinner than that of the surroundings. ).
전술한 본 발명은, 폴리실리콘 퓨즈 하부에 폴리실리콘 버퍼층을 형성시킴으로써 레이져 융단시 반도체기판과 필드산화막의 어택을 방지할 수 있고(버퍼역할), 폴리실리콘 퓨즈를 사용함으로써 메탈 퓨즈 사용시 발생하는 금속 파티클에 의한 오염을 줄일 수 이써 보다 안정적이라 할 수 있으며, 메탈 퓨즈박스가 폴리실리콘 퓨즈박스에 비해 깊이가 깊어서 파티클 유발시 칼라필터 위로 이동하여 불량화소를 발생시킬 수 있는 가능성을 줄일수 있음을 실시예를 통해 알아 보았다.According to the present invention, the polysilicon buffer layer is formed under the polysilicon fuse to prevent attack of the semiconductor substrate and the field oxide film during laser melting (buffer role), and the metal particles generated when the metal fuse is used by using the polysilicon fuse are used. It can be said to be more stable because it can reduce the contamination by the metal fuse box is deeper than the polysilicon fuse box to reduce the possibility of generating defective pixels by moving over the color filter when particles are induced. Learned through.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.Although the technical idea of the present invention has been described in detail according to the above preferred embodiment, it should be noted that the above-described embodiment is for the purpose of description and not of limitation. In addition, those skilled in the art will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical idea of the present invention.
상술한 본 발명은, 이미지센서에서 수율 저하의 원인이 되는 불량화소 제거를 위해 레이져 리페어를 실시함으로 인해 수율을 향상시키며, 레이져 리페어 퓨즈의 구조를 폴리실리콘 버퍼층위에 형성함으로써 레이져 융단시 기판 등의 어택을 방지할 수 있고, 레이져 융단시 에너지를 증가시킬 수 있어 퓨즈 커팅 불량을 방지할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.The present invention as described above improves the yield by performing laser repair to remove the defective pixels causing the yield degradation in the image sensor, and by forming the structure of the laser repair fuse on the polysilicon buffer layer attack of the substrate during laser melting Can be prevented, and the energy can be increased at the time of laser melting can be expected to prevent the fuse cutting failure.
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2002
- 2002-07-06 KR KR1020020039126A patent/KR20040004904A/en active IP Right Grant
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