KR20060122223A - 씨모스 이미지 센서 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자 제조 공정 중, 컬러필터 어레이의 결함이 발생할 경우, 안정한 재작업(Rework) 공정을 수행할 수 있는 컬러필터 어레이를 갖는 씨모스 이미지 센서의 제조 공정에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 패시베이션막이 형성된 기판, 상기 패시베이션막 상에 경화되지 않은 상태로 형성된 유기평탄층, 상기 유기평탄층 상에 형성되어 상기 유기평탄층을 보호하는 유기평탄층 보호막 및 상기 유기평탄층 보호막 상에 형성된 컬러 필터 어레이를 구비하는 씨모스 이미지 센서가 제공된다.
또한, 패시베이션막이 형성된 기판을 준비하는 단계, 상기 패시베이션막 상에 경화되지 않은 상태의 유기평탄층을 형성하는 단계, 상기 유기평탄층을 보호하기 위해 상기 유기평탄층 상에 유기평탄층 보호막을 형성하는 단계 및 상기 유기평탄층 보호막 상에 컬러필터 어레이를 형성하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법이 제공된다.
또한, 패시베이션막이 형성된 기판을 준비하는 단계, 상기 패시베이션막 상에 경화되지 않은 상태의 유기평탄층을 형성하는 단계, 상기 유기평탄층을 보호하기 위해 상기 유기평탄층 상에 유기평탄층 보호막을 형성하는 단계, 상기 유기평탄층 보호막 상에 컬러필터 어레이를 형성하는 단계, 상기 컬러필터 어레이의 결함으로 인한 재작업 공정을 하기위해, 상기 유기평탄층 보호막의 일부를 식각하여 상기 유기평탄층의 에지부분을 노출시키는 단계 및 노출된 상기 유기평탄층에 유기 용매 를 이용하여 필-오프(Peel-Off) 시키는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법이 제공된다.
컬러필터 어레이, 재작업 공정, 유기평탄층, 패시베이션막, 유기용매
Description
도 1은 통상의 시모스 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 모스(MOS) 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도.
도 2는 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도.
도 3은 결함이 발생한 컬러필터 어레이의 제거를 위한 에싱 공정시, 기판 표면에 발생한 오염물질을 나타낸 전자현미경 사진.
도 4는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 컬러필터 어레이를 제거하기 위한 재작업 공정을 나타낸 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
301 : 하부층 302 : 유기평탄층
303 : 유기평탄층 보호막 304 : 컬러필터 어레이
305 : 포토레지스트 패턴
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자 제조 공정 중, 씨모스(CMOS) 이미지 센서(Image Sensor)의 형성 공정에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 디지털 카메라, 휴대폰 등의 가정용 제품이나, 병원에서 사용되는 내시경, 지구를 돌고 있는 인공위성의 망원경에 이르기까지 매우 광범위한 분야에서 사용되고 있으며, 다양한 이미지 센서중, 씨모스 제조 기술로 생산되는 씨모스(CMOS) 이미지 센서는 광학적 이미지를 전기적 신호로 변환시키는 소자로서, 화소수 만큼 모스(MOS)트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하고 있다. 씨모스 이미지 센서는, 종래 이미지 센서로 널리 사용되고 있는 씨씨디(CCD) 이미지센서에 비하여 구동 방식이 간편하고 다양한 스캐닝 방식의 구현이 가능하며, 신호처리 회로를 단일칩에 집적할 수 있어 제품의 소형화가 가능할 뿐만 아니라, 호환성의 씨모스 기술을 사용하므로 제조 단가를 낮출 수 있고, 전력 소모 또한 크게 낮다는 장점을 지니고 있어서 휴대폰, PC, 감시 카메라 등의 저가, 저전력을 요하는 분야에 쓰이고 있다.
도 1은 통상의 시모스 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 모스(MOS) 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도로서, 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드(10)와, 포토다이오드(10)에서 모아진 광전하를 플로팅확산영역(12)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(11)와, 원하는 값으로 플로팅 확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 확산영역(12)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터 (13)와, 플로팅 확산영역의 전압이 게이트로 인가되어 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(14)와, 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing) 역할을 수행하는 셀렉트 트랜지스터(15)로 구성된다. 단위 화소 밖에는 출력신호(Output Signal)를 읽을 수 있도록 로드(load) 트랜지스터(16)가 형성된 모습을 도시하고 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하여, 소정의 하부층(101)이 형성된 기판 상에 유기평탄층(102)을 형성한다.
이때, 상기 하부층(101)은 다음과 같이 형성한다.
우선, 반도체 기판에 활성영역과 소자분리영역을 분리하는 소자분리막을 형성한다.
이때, 상기 반도체 기판은 p+형 기판 상에 저농도의 p에피층을 형성한 것인데, 고농도의 p+형 기판 상에 저농도의 p에피층을 사용하는 이유는 첫째, 저농도의 p에피층이 존재하므로 포토다이오드의 공핍영역(Depletion region)을 크고, 깊게 증가시킬 수 있어 광전하를 모으기 위한 포토다이오드의 능력(ability)을 증가시킬 수 있고, 둘째, p형 에피층의 하부에 고농도의 p+형 기판을 갖게되면, 이웃하는 단위화소(pixel)로 전하가 확산되기 전에 이 전하가 빨리 재결합(Recombination)되기 때문에 광전하의 불규칙 확산(Random Diffusion)을 감소시켜 광전하의 전달 기능 변화를 감소시킬 수 있기 때문이다.
이어서, 게이트 절연막, 게이트 전도막을 순차적으로 증착한후, 선택적 식각하여 게이트 전극을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극의 상부 중 일부를 덮고, 포토다이오드가 형성될 광감지영역을 오픈하는 불순물 주입방지막을 형성한후, 불순물을 주입하여 포토다이오드 불순물영역을 형성한다.
이어서, 상기 포토다이오드 불순물영역이 형성된 기판에 층간절연막을 형성한후, 상기 층간절연막 상에 제1 금속층을 형성한다. 이후, 상기 제1 금속층 상게 금속층간절연막을 형성한후, 제2 금속층을 형성한다. 본 하부층(101) 형성 공정에서는 제2 금속층까지 만을 나타냈으나 제3 및 제4 금속층 형성 공정도 더 포함시킬 수 있다.
이어서, 상기 제2 금속층 상부에 평탄화 목적의 SOG(Silicon On Glass)막을 형성하고 패시베이션막을 형성함으로써, 상기 하부층(101)을 형성한다.
이어서, 상기 패시베이션막이 형성된 상기 하부층(101) 상에 후속 컬러필터 형성시 상기 컬러필터와 상기 하부층(101)의 결합력을 향상시키기 위하여 유기평탄층(102)을 형성한다.
이때, 상기 유기평탄층(102)은 유기물 포토레지스트인 것이 바람직하다.
이어서, 후속 컬러필터 형성시 상기 유기평탄층(102)이 손상되는 것을 방지하기 위하여 상기 유기평탄층(102)에 대해 하드 베이킹(Hard Baking) 공정을 수행 한다.
즉, 상기 하드 베이킹 공정을 수행하여 상기 유기평탄층(102)의 경화도를 증가시켜 후속 컬러필터 형성시 컬러 물질 도포액 내부의 유기 용매에 의해 손상을 받지 않게 한다.
이어서, 하드 베이킹 공정을 수행한 상기 유기평탄층(102) 상에 안료를 함유하는 포토레지스트를 노광 및 습식 현상 공정을 수행하여 컬러필터 어레이(103)를 형성한다.
이때, 상기 컬러필터 어레이(103) 형성시 결함이 발생할 경우 에싱(Ashing, 건식식각, 습식식각이나 이온주입 등에 의해 굳어진 포토레지스트의 건식 제거(Dry Strip) 또는 습식제거작업) 공정을 통하여 상기 컬러필터 어레이(103)와 하부의 유기평탄층(102)을 제거한다.
이때, 상기 컬러필터 어레이(103) 내에 함유하고 있는 안료 성분과, 식각 잔유물이 상기 하부층(101) 표면에 착상되어 결함을 유발하게 된다.
도 3은 결함이 발생한 컬러필터 어레이의 제거를 위한 에싱 공정시, 기판 표면에 발생한 오염물질을 나타낸 전자현미경 사진이다.
도 3을 참조하면, 컬러필터 어레이의 제거시 상기 컬러필터 어레이의 안료로 사용된 금속성 오염 물질이 상기 에싱 공정시 기판 표면에 잔류하는 것을 확인할 수 있다.
상기와 같은 오염 물질은 상기 기판 표면에 잔류하여 이미지 센서의 수율을 저하의 원인이 되는 불량 화소를 만드는 원인이 된다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 컬러필터 어레이의 결함이 발생할 경우, 안정한 재작업(Rework) 공정을 수행할 수 있는 컬러필터 어레이를 갖는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 패시베이션막이 형성된 기판, 상기 패시베이션막 상에 경화되지 않은 상태로 형성된 유기평탄층, 상기 유기평탄층 상에 형성되어 상기 유기평탄층을 보호하는 유기평탄층 보호막 및 상기 유기평탄층 보호막 상에 형성된 컬러 필터 어레이를 구비하는 씨모스 이미지 센서가 제공된다.
또한, 패시베이션막이 형성된 기판을 준비하는 단계, 상기 패시베이션막 상에 경화되지 않은 상태의 유기평탄층을 형성하는 단계, 상기 유기평탄층을 보호하기 위해 상기 유기평탄층 상에 유기평탄층 보호막을 형성하는 단계 및 상기 유기평탄층 보호막 상에 컬러필터 어레이를 형성하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법이 제공된다.
또한, 패시베이션막이 형성된 기판을 준비하는 단계, 상기 패시베이션막 상에 경화되지 않은 상태의 유기평탄층을 형성하는 단계, 상기 유기평탄층을 보호하기 위해 상기 유기평탄층 상에 유기평탄층 보호막을 형성하는 단계, 상기 유기평탄 층 보호막 상에 컬러필터 어레이를 형성하는 단계, 상기 컬러필터 어레이의 결함으로 인한 재작업 공정을 하기위해, 상기 유기평탄층 보호막의 일부를 식각하여 상기 유기평탄층의 에지부분을 노출시키는 단계 및 노출된 상기 유기평탄층에 유기 용매를 이용하여 필-오프(Peel-Off) 시키는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법이 제공된다.
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 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정은 우선, 도 4에 도시된 바와 같이, 소정의 하부층(201)이 형성된 기판 상에 유기평탄층(202)을 형성한다.
이때, 상기 하부층(201)은 다음과 같이 형성한다.
우선, 반도체 기판에 활성영역과 소자분리영역을 분리하는 소자분리막을 형성한다.
이때, 상기 반도체 기판은 p+형 기판 상에 저농도의 p에피층을 형성한 것인데, 고농도의 p+형 기판 상에 저농도의 p에피층을 사용하는 이유는 첫째, 저농도의 p에피층이 존재하므로 포토다이오드의 공핍영역(Depletion region)을 크고, 깊게 증가시킬 수 있어 광전하를 모으기 위한 포토다이오드의 능력(ability)을 증가시킬 수 있고, 둘째, p형 에피층의 하부에 고농도의 p+형 기판을 갖게되면, 이웃하는 단 위화소(pixel)로 전하가 확산되기 전에 이 전하가 빨리 재결합(Recombination)되기 때문에 광전하의 불규칙 확산(Random Diffusion)을 감소시켜 광전하의 전달 기능 변화를 감소시킬 수 있기 때문이다.
이어서, 게이트 절연막, 게이트 전도막을 순차적으로 증착한후, 선택적 식각하여 게이트 전극을 형성한다.
이어서, 상기 게이트 전극의 상부 중 일부를 덮고, 포토다이오드가 형성될 광감지영역을 오픈하는 불순물 주입방지막을 형성한후, 불순물을 주입하여 포토다이오드 불순물영역을 형성한다.
이어서, 상기 포토다이오드 불순물영역이 형성된 기판에 층간절연막을 형성한후, 상기 층간절연막 상에 제1 금속층을 형성한다. 이후, 상기 제1 금속층 상게 금속층간절연막을 형성한후, 제2 금속층을 형성한다. 본 하부층(101) 형성 공정에서는 제2 금속층까지 만을 나타냈으나 제3 및 제4 금속층 형성 공정도 더 포함시킬 수 있다.
이어서, 상기 제2 금속층 상부에 평탄화 목적의 SOG(Silicon On Glass)막을 형성하고 패시베이션막을 형성함으로써, 상기 하부층(201)을 형성한다.
이어서, 상기 패시베이션막이 형성된 상기 하부층(201) 상에 후속 컬러필터 형성시 상기 컬러필터와 상기 하부층(201)의 결합력을 향상시키기 위하여 유기평탄층(202)을 형성한다.
이때, 상기 유기평탄층(202)은 유기물 포토레지스트인 것이 바람직하다.
이어서, 후속 컬러필터 형성시 상기 유기평탄층(202)이 후속 컬러필터 형성 시 컬러 물질 도포액 내부의 유기 용매에 의해 손상되는 것을 방지하기 위하여 상기 유기평탄층(202) 상에 유기평탄층 보호막(203)을 증착한다.
이때, 상기 유기평탄층 보호막(203)은 저온 산화막인 것이 바람직하다.
이어서, 유기평탄층 보호막(203) 상에 안료를 함유하는 포토레지스트를 노광 및 습식 현상 공정을 수행하여 컬러필터 어레이(204)를 형성한다.
이어서, 상기 컬러필터 어레이(204) 상에 OCL막을 증착한 후, 평탄화 한다. 이때 상기 OCL막은 일종의 포토레지스트로써 후속 마이크로렌즈 마스크 패터닝을 용이하게 하기 위한 평탄화 목적으로 쓰인다.
이어서, 상기 OCL막을 이용하여 평탄화공정을 수행한 다음 광집속율을 증가시키기 위해 마이크로렌즈를 형성하는데, 상기 마이크로렌즈는 주로 유기물 포토레지스트 물질을 이용하여 형성한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 컬러필터 어레이를 제거하기 위한 재작업 공정을 나타낸 단면도이다.
본 발명에 따른 컬러필터 어레이를 제거하기 위한 재작업 공정은 우선, 도 5a에 도시된 바와 같이, 컬러필터 어레이 형성 공정 까지 상기 도 4와 같은 구조를 갖는 씨모스 이미지 센서를 제조 한다.
이때, 컬러필터 어레이(304)에 결함이 발생하여 상기 컬러필터 어레이(304)를 제거하기 위하여 상기 컬러필터 어레이(304)를 덮는 포토레지스트 패턴(305)을 형성한다. 이때, 상기 포토레지스트 패턴(305)은 상기 유기평탄층 보호막(303)의 일부를 식각하여 상기 유기평탄층(302)의 에지부분을 노출시키기 위해 형성된 것이 다.
이어서 상기 포토레지스트 패턴(305)을 식각장벽으로 상기 유기평탄층 보호막(303)을 식각하여 상기 유기평탄층(302)의 에지부분을 노출시킨다.
이어서 노출된 상기 유기평탄층(302)의 하부에 유기용매(306)를 흘려 상기 하부층(301)과 상기 유기평탄층(302)을 필-오프(Peel-Off) 시킨다.
여기서, 상기 유기용매(306)은 솔벤트 용액인 것이 바람직히다.
이때, 상기 컬러필터 어레이(304)는 상기 유기평탄층(302) 상에 형성되어 있기 때문에 함께 떨어져 나가게 된다.
즉, 본 발명에서는 컬러필터 어레이(304)의 결함이 발생했을 경우 재작업을 위하여 종래에 에싱 공정을 수행하여 상기 컬러필터 어레이를 제거하던 것을 유기용매(306)를 이용하여 필-오프 시킨다.
종래에는 컬러필터 어레이 하부의 유기평탄층에 하드베이킹 공정을 수행하기 때문에 유기용매에 의한 필-오프시키기 어렵다.
따라서, 본 발명에서는 유기평탄층(302)에 하드베이킹 공정을 수행하지 않고 유기평탄층 보호막(303)을 상기 유기평탄층(302) 상에 형성하고 상기 유기평탄층 보호막(303) 상에 컬러필터 어레이(305)를 형성하여 후속 유기용매(306)를 이용하여 상기 컬러필터 어레이(305)를 제거한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식 을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 결함이 발생한 컬러필터 어레이를 제거할 시 유기용매를 이용하여 오염 물질이 발생하는 것을 방지한다.
따라서, 오염 물질에 의한 불량 화소 결함을 해결하여 이미지 센서의 수율을 향상시킬 수 있다.
Claims (10)
- 패시베이션막이 형성된 기판;상기 패시베이션막 상에 경화되지 않은 상태로 형성된 유기평탄층;상기 유기평탄층 상에 형성되어 상기 유기평탄층을 보호하는 유기평탄층 보호막; 및상기 유기평탄층 보호막 상에 형성된 컬러 필터 어레이를 구비하는 씨모스 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 유기평탄층은 유기물 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 제1항에 있어서,상기 유기평탄층 보호막은 저온 산화막인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서.
- 패시베이션막이 형성된 기판을 준비하는 단계;상기 패시베이션막 상에 경화되지 않은 상태의 유기평탄층을 형성하는 단계;상기 유기평탄층을 보호하기 위해 상기 유기평탄층 상에 유기평탄층 보호막을 형성하는 단계; 및상기 유기평탄층 보호막 상에 컬러필터 어레이를 형성하는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 유기평탄층은 유기물 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 유기평탄층 보호막은 저온 산화막인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 패시베이션막이 형성된 기판을 준비하는 단계;상기 패시베이션막 상에 경화되지 않은 상태의 유기평탄층을 형성하는 단계;상기 유기평탄층을 보호하기 위해 상기 유기평탄층 상에 유기평탄층 보호막을 형성하는 단계;상기 유기평탄층 보호막 상에 컬러필터 어레이를 형성하는 단계;상기 컬러필터 어레이의 결함으로 인한 재작업 공정을 하기위해, 상기 유기평탄층 보호막의 일부를 식각하여 상기 유기평탄층의 에지부분을 노출시키는 단계; 및노출된 상기 유기평탄층에 유기 용매를 이용하여 필-오프(Peel-Off) 시키는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 유기평탄층은 유기물 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 유기평탄층 보호막은 저온 산화막인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 유기 용매는 솔벤트 용액인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109148481A (zh) * | 2018-08-21 | 2019-01-04 | 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 | 一种柔性阵列基板及其制作方法 |
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2005
- 2005-05-26 KR KR1020050044503A patent/KR20060122223A/ko not_active Application Discontinuation
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