KR20040079614A - 이미지 반도체 장치 제조에서의 유기물 잔사 제거 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 칩 패드 상에 남아있는 유기물 잔사(residue)가 완전히 제거되도록 하는 이미지 반도체 장치 제조에서의 유기물 잔사 제거 방법에 관한 것으로서, 금속배선 상부에 산화막 및 질화막으로 이루어진 소자 보호막을 형성하는 단계와, 소자 보호막 상부에 컬러 이미지 구현을 위한 컬러 필터를 배열 형성하는 단계와, 컬러 필터의 상부에 하부 막질을 보호하는 유기물질의 평탄층을 형성하는 단계와, 평탄층 상부에 포토레지스트를 코팅한 후 노광과 현상을 하여 상기 금속배선 위의 평탄층을 일부 개방시키는 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 개방된 평탄층을 식각하여 금속배선을 개방시켜 칩 패드를 형성하는 단계와, 평탄층 상부의 포토레지스트층을 산소 플라즈마 에싱(ashing)에 의해 제거하는 포토레지스트층 제거 단계와, 및 칩 패드 상에 남아 있는 유기물 잔사를 CF4와 NF3플라즈마를 사용하여 제거하는 스트립핑 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하면, 이미지 반도체 장치의 제조 과정에서 칩 패드 상에 유기물 잔사를 완전히 제거하여 후속 공정에서 칩 패드 상의 유기물 잔사에 기인된 불량의 발생을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 반도체 장치 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 칩 패드 상에 남아있는 유기물 잔사가 완전히 제거되도록 하는 이미지 반도체 장치 제조에서의 유기물 잔사 제거 방법에 관한 것이다.
이미지 반도체 장치(imaging semiconductor device)는 빛 에너지를 전기적인 신호로 변환하는 수천만 화소를 포함하는 집적회로가 내장된 반도체 소자이다. 대표적인 이미지 반도체 장치로서는 CCD(Charged Coupled Device) 이미지 센서와 CMOS 이미지 센서가 알려져 있다. CCD 이미지 센서는 단위 화소(unit pixel)에 해당하고 광 감지 역할을 하는 포토 다이오드(photo diode)가 광전류를 즉시 추출하지 않고 일정 시간 누적시킨 다음 추출하므로 신호 전압을 누적 시간만큼 증가시킬 수 있어 광감도(sensitivity)가 좋고 노이즈를 감소시킬 수 있는 등의 장점이 있고, 반면에 CMOS 이미지 센서는 전기 광학적 특성에 있어서 CCD 이미지 센서에 비하여 열세를 보이고 있으나 저소비 전력과 집적도 측면에서 CCD 이미지 센서보다 우수한 장점이 있다.
이미지 반도체 장치의 예로서 CMOS 이미지 센서의 제조 과정에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 화소 부분의 단면도이다.
도 1을 참조하면, CMOS 이미지 센서의 제조 과정은 P형 반도체기판(11)에 국부적으로 P형 웰(well, 12)을 형성한 다음, 단위 화소간의 분리를 위한필드절연막(13)을 형성한다. 이어 P형 반도체기판(11) 내부에 P-N접합층(17a,17b)을 형성하여 포토다이오드(photo diode, 17)를 이루고, 반도체기판(11)에 포토다이오드(17)로부터 생성된 전하를 전달받아 저장하는 플로팅 접합층(18a)을 형성한다. 이어 포토다이오드(17)로부터 플로팅 접합층(18a)으로 광전하를 전달하기 위한 트랜스퍼트랜지스터(Tx)의 게이트전극을 형성하며, 플로팅 접합층(18a)을 리셋(reset)시키기 위한 리셋트랜지스터(Rx)의 게이트전극을 형성한다.
이어 플로팅 접합층(18a)에 전기적으로 접속된 게이트전극을 갖는 드라이브트랜지스터(Dx)와 어드레싱(addressing)을 위한 신호를 자신의 게이트전극으로 인가 받는 셀렉트트랜지스터(Sx)를 형성한다. 이때, 리셋트랜지스터(Rx)와 드라이브트랜지스터(Dx)는 공통 접합층(18b)을 가지며, 공통 접합층(18b)은 반도체 기판과 P형 웰의 경계에 형성된다.
이어 필드절연막(13)의 일측에 셀렉트트랜지스터(Sx)의 게이트전극을 형성하며, 드라이브트랜지스터(Dx)와 셀렉트트랜지스터(Sx)는 LDD(Lightly Doped Drain)구조의 불순물 접합층(19)이 형성된다. 여기서, 게이트전극은 게이트 산화막(14), 폴리실리콘(15)과 텅스텐실리사이드(16)로 이루어지며, 게이트전극의 측벽에는 측벽 스페이서(20)가 형성된다.
그리고 4개의 트랜지스터(Tx,Rx,Dx,Sx) 상부에 광투과를 위한 제 1층간 절연막(21,22)과 제 2층간 절연막(23,24,25)을 형성하고, 그 층간절연막들을 선택적으로 식각하여 트랜지스터들(Tx,Rx,Dx,Sx)을 외부소자와 연결하기 위해 티타늄/알루미늄/티타늄나이트라이드(26,27,28)의 적층막으로 이루어진 제 1,2금속배선을 형성한다. 또한 제 2금속배선 상부에 산화막(29) 및 질화막(30)으로 이루어진 소자보호막을 형성하며, 소자보호막 상부에 컬러이미지 구현을 위해서 단위 화소 배열 위에 적색, 초록색 및 청색 또는 황색, 자홍색, 청록색으로 구성된 컬러 필터(31)의 배열(Color Filter Array; CFA) 공정을 진행한다.
이어 컬러필터(31)의 배열 상부에 평탄층(32)을 형성한 다음, 상기 평탄층(32) 상부에 컬러필터(31) 배열에 대향하는 마이크로렌즈(33)를 형성한다. 이와 같은 공정이 모두 완료된 후 광 감지 영역인 포토다이오드 상부에는 광투과를 위한 제 1,2층간절연막(21,22,23,24,25), 소자보호막(29,30), 컬러 필터(31) 및 마이크로렌즈(33)만이 위치하게 된다.
한편, 전술한 CMOS 이미지 센서와 같은 이미지 반도체 장치의 경우 마이크로 렌즈의 형성 후에는 유기물질, 예컨대 폴리이미드의 평탄층을 부분적으로 제거하여 칩 패드를 형성하기 위한 식각 공정을 거친다. 평탄층 상부에 포토레지스트층을 형성하고 산소 플라즈마 식각을 진행하여 금속배선의 일부 영역이 개방되도록 하여 칩 패드가 형성된다.
그런데, 산소 플라즈마를 이용한 식각 과정에서 칩 패드 상에는 폴리이미드와 같은 유기물질이 완전히 제거되지 못하고 유기물 잔사(residue)가 남게 된다. 폴리이미드와 같은 유기물 잔사는 C와 O가 주성분으로서 추가적인 산소 플라즈마 에싱(ashing) 공정을 진행하여도 완전히 제거되지는 않는다. 이 잔사가 칩 패드 위에 남게 되면 후속으로 진행되는 DC 테스트에서의 테스트 불량과 EDS(Electric Die Sorting) 테스트에서의 오픈(open) 불량 및 와이어본딩(wire bonding) 과정에서의와이어 접합 불량 등 치명적인 불량을 유발시킬 수 있다. 따라서, 칩 패드에 잔류되는 유기물 잔사는 반드시 제거가 되어야 한다.
따라서 본 발명의 목적은 이미지 반도체 장치의 제조 과정에서 칩 패드 상에 폴리이미드와 같은 유기물 잔사를 완전히 제거하여 후속 공정에서 칩 패드 상의 잔사에 기인된 불량의 발생을 방지할 수 있는 이미지 반도체 장치 제조에서의 유기물 잔사 제거 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 일반적인 CMOS 이미지 센서의 단위 화소 부분의 단면도이고,
도 2내지 도 8은 본 발명에 따른 이미지 반도체 장치 제조에서의 유기물 잔사 제거 방법 따른 공정 진행 도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
11; 반도체기판 12; P형 웰
13; 필드절연막 15; 폴리실리콘
16; 텅스텐실리사이드 17; 포토 다이오드
18a; 플로팅 접합층 18b; 공통 접합층
19; 불순물 접합층 21,22; 제 1층간절연막
23,24,25; 제 2층간절연막 27; 금속배선
27a; 칩 패드 29; 산화막
30; 질화막 31; 컬러 필터
32; 평탄층 33; 마이크로 렌즈
41; 포토레지스트층 43; 잔사
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 반도체 장치 제조에서의 유기물 잔사 제거 방법은, 금속배선 상부에 산화막 및 질화막으로 이루어진 소자 보호막을 형성하는 단계와, 소자 보호막 상부에 컬러 이미지 구현을 위한 컬러 필터를 배열 형성하는 단계와, 컬러 필터의 상부에 하부 막질을 보호하는 유기물질의 평탄층을 형성하는 단계와, 평탄층 상부에 포토레지스트를 코팅한 후 노광과 현상을 하여 상기 금속배선 위의 평탄층을 일부 개방시키는 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 개방된 평탄층을 식각하여 금속배선을 개방시켜 칩 패드를 형성하는 단계와, 평탄층 상부의 포토레지스트층을 산소 플라즈마 에싱(ashing)에 의해 제거하는 포토레지스트층 제거 단계와, 및 칩 패드 상에 남아 있는 유기물 잔사를 CF4와 NF3플라즈마를 사용하여 제거하는 스트립핑 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이미지 반도체 장치 제조에서의 유기물 잔사 제거 방법을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 단, 금속배선 하부에 형성되는 소자 또는 막질에 대하여 앞에서 설명한 바 있으므로 그에 대한 설명을 생략하고 도면에서도 이를 생략하기로 하며, 최상위의 금속배선 형성 이후의 공정부터 설명하기로 한다.
도 2내지 도 8은 본 발명에 따른 이미지 반도체 장치 제조에서의 유기물 잔사 제거 방법에 따른 공정 진행 도이다.
본 발명의 유기물 잔사 제거 방법은, 먼저 도 2에서와 같이 금속배선(27) 상부에 산화막(29) 및 질화막(30)으로 이루어진 소자 보호막(29,30)을 형성한다. 소자 보호막(29,30)에 의해 습기 또는 스크래치(scratch)로부터 소자가 보호될 수 있다.
다음으로 도 3에서와 같이 소자 보호막(29,30) 상부에 컬러 이미지 구현을 위한 컬러 필터(31)를 배열 형성하고 컬러 필터(31)의 상부에 평탄화 및 하부 막질을 보호하는 평탄층(32)을 형성한다. 컬러 필터(31)는 단위 화소 배열 위에 형성되며 적색, 초록색 및 청색 또는 황색, 자홍색, 청록색으로 구성된다. 평탄층(32)의 재질은 폴리이미드와 같은 유기물질로 이루어진다.
다음으로 도 4에서와 같이 평탄층(32) 상부에 포토레지스트를 코팅하고 칩 패드 패턴 형성을 위한 마스크를 이용하여 노광하고 현상액을 사용하여 현상하여 평탄층(32)의 금속배선(27) 상부 영역을 소정 크기로 개방시키는 포토레지스트층(41)을 형성한다.
다음으로 도 5에서와 같이 개방된 평탄층(32) 및 산화막(29)과 질화막(30)을 식각하여 금속배선(27)을 소정 크기로 개방시켜 칩 패드(27a)를 형성한다. 식각 후에 플라즈마를 이용하는 에싱(ashing) 공정을 진행하여 포토레지스트층(41)을 제거한다. 산소 플라즈마의 부산물인 산소 라디칼과 유기물인 포토레지스트가 반응하여 이산화탄소로 변화되어 제거된다.
다음으로 식각 과정에서 도 6에서와 같이 칩 패드(27a) 상에 폴리이미드와 같은 유기물 잔사(43)가 칩 패드(27a)에 잔류될 수 있는 데, 이의 제거를 위하여 도 7에서와 같이 칩 패드(27a) 상에 평탄층(32)을 구성하는 잔사(43)를 불소 화합물 가스, 예컨대 CF4또는 NF3의 플라즈마를 사용하여 제거하는 스트립핑이 진행된다. 여기서 기타 다른 가스들의 사용은 완전히 배제된다. CF4또는 NF3의 플라즈마에 의해 폴리이미드와의 반응이 산소를 이용하는 경우보다 활발하게 진행되어 잔사가 완전히 제거된다.
이상과 같은 본 발명에 따른 이미지 반도체 장치 제조 방법에 의하면, 이미지 반도체 장치의 제조 과정에서 칩 패드 상에 폴리이미드와 같은 유기물 잔사를 완전히 제거하여 후속 공정에서 칩 패드 상의 잔사에 기인된 불량의 발생을 방지할 수 있다.
Claims (2)
- 금속배선 상부에 산화막 및 질화막으로 이루어진 소자 보호막을 형성하는 단계와, 상기 소자 보호막 상부에 컬러 이미지 구현을 위한 컬러 필터를 배열 형성하는 단계와, 상기 컬러 필터의 상부에 하부 막질을 보호하는 유기물질의 평탄층을 형성하는 단계와, 상기 평탄층 상부에 포토레지스트를 코팅한 후 노광과 현상을 하여 상기 금속배선 위의 평탄층을 일부 개방시키는 포토레지스트층을 형성하는 단계와, 개방된 평탄층을 식각하여 금속배선을 개방시켜 칩 패드를 형성하는 단계와, 평탄층 상부의 포토레지스트층을 산소 플라즈마 에싱(ashing)에 의해 제거하는 포토레지스트층 제거 단계, 및 칩 패드 상에 남아 있는 포토레지스트 잔사를 CF4또는 NF3플라즈마를 사용하여 제거하는 스트립핑(stripping) 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 반도체 장치 제조에서의 유기물 잔사 제거 방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 이미지 반도체 장치는 CMOS 이미지 센서인 것을 특징으로 하는 이미지 반도체 장치 제조에서의 유기물 잔사 제거 방법.
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