KR20070000819A - 씨모스 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자 제조 공정 중, 마이크로렌즈 캡핑막의 들뜸 및 깨짐 현상에 의한 결함을 해결하는 씨모스 이미지 센서의 제조 공정에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은, 패드층 및 마이크로렌즈가 형성된 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 상기 패드층이 노출되도록 캡핑막의 리프트-오프를 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 기판의 전체구조 상에 캡핑막을 증착하는 단계, 상기 캡핑막을 선택적 식각하여 상기 패드층을 노출시키는 단계 및 상기 포토레지스트 패턴을 스트립하고 상기 캡핑막을 리프트-오프 시키는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법이 제공된다.
마이크로렌즈 캡핑막, 리프트-오프, 패드층, 마이크로렌즈, 패시베이션막
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 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
201 : 반도체 기판 202 : 하부층
203 : 패드층 204 : 패시베이션막
205 : 컬러필터 206 : OCL막
207 : 마이크로렌즈
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로 특히, 반도체 소자 제조 공정 중, 씨모스(CMOS) 이미지 센서(Image Sensor) 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 인가되 어 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, p+형 기판 상에 p에피층이 형성된 반도체 기판(101)을 준비한다.
이때, 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, 상기 반도체 기판(101) 상에 소정의 하부층(102)을 형성한 후, 상기 하부층(102) 상에 패드층(103)을 형성한다.
이때, 상기 하부층은(102) 하기와 같이 형성된다.
우선, 상기 반도체 기판(101)에 활성영역과 소자분리영역을 정의하는 소자분 리막을 형성하는데, 이때, 상기 소자분리막는 버즈 비크(Bird's Beak)가 거의 없어 소자의 고집적화에 따라 소자간에 전기적으로 분리시키는 영역을 축소시킬수 있는 STI 공정을 통하여 형성한다.
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 이온주입하여 포토다이오드를 형성한다.
이어서, 상기 포토다이오드이 형성된 기판에 층간절연막을 형성한 후, 상기 층간절연막 상에 제1 금속층을 형성한다. 이후, 상기 제1 금속층 상에 금속층간절연막을 형성하여 상기 하부층(102)을 형성한 후, 상기 하부층(102) 상에 제2 금속층 및 패드층(103)을 형성한다.
이어서, 상기 패드층(103) 및 상기 하부층(102) 상에 패시베이션막(104)을 증착한 후, 칼라 이미지 구현을 위한 세가지 종류의 칼라필터(105) 형성공정을 진행하고 OCL(Over Coating Layer)막(106)을 이용한 평탄화 공정을 진행하여 칼라필터어레이를 형성한다. 칼라필터의 물질은 통상 염색된 포토레지스트를 사용한다.
이때, 상기 OCL막(106)은 일종의 포토레지스트로써 후속 마이크로렌즈 마스크 패터닝을 용이하게 하기 위한 평탄화 목적으로 쓰인다.
이어서, 상기 OCL막(106)을 이용하여 평탄화공정을 수행한 다음 광집속율을 증가시키기 위해 마이크로렌즈(107)를 형성하는데, 상기 마이크로렌즈(107)는 주로 유기물 포토레지스트 물질을 이용하여 형성한다.
이어서, 상기 마이크로렌즈(107)가 형성된 상기 기판 상에 상기 마이크로렌즈(107)를 보호하기 위해 마이크로렌즈 캡핑층(108)을 형성한다.
이때, 상기 마이크로렌즈 캡핑층(108)은 실리콘 산화막(SiO2)을 PE-CVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Depostion)방식으로 150~250℃의 온도에서 형성한다.
이어서, 상기 패드층(103)을 오픈하기 위해 상기 마이크로렌즈 캡핑막(108) 및 상기 패시베이션막(104)을 선택적 식각한다.
이때, 상기 마이크로렌즈 캡핑층(108)이 상기 선택적 식각 공정으로 인하여 들뜸 및 깨짐 현상이 발생하게 된다.
즉, 상기 마이크로렌즈 캡핑막(108)으로 형성된 상기 저온 실리콘 산화막은 조밀한 구조로 형성되지 못함으로 인해 고온다습한 환경에서 수분과 반응하여 막의 구조를 바뀌게 하고, 이로 인하여 막의 응력이 크게 증가하여 상기 마이크로렌즈 캡핑층(108)과 상기 마이크로렌즈(107) 및 OCL막(106)의 계면에서 들뜸 현상이 발생하게 되는 것이다.
또한, 상기 실리콘 산화막은 강도가 약하여 절단 공정 및 와이어 본딩(Wire Bonding) 공정에 있어 깨짐 현상이 발생하게 된다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 마이크로렌즈 캡핑막의 들뜸 및 깨짐 현상에 의한 결함을 해결하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 따르면, 패드층 및 마이크로렌즈가 형성된 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 상기 패드층이 노출되도록 캡핑막의 리프트-오프를 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴이 형성된 기판의 전체구조 상에 캡핑막을 증착하는 단계, 상기 캡핑막을 선택적 식각하여 상기 패드층을 노출시키는 단계 및 상기 포토레지스트 패턴을 스트립하고 상기 캡핑막을 리프트-오프 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 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정을 나타낸 단면도이다.
본 발명에 따른 씨모스 이미지 센서의 제조 공정은 우선, 도 3a에 도시된 바와 같이, p+형 기판 상에 p에피층이 형성된 반도체 기판(201)을 준비한다.
이때, 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, 상기 반도체 기판(201) 상에 소정의 하부층(202)을 형성한 후, 상기 하부층(202) 상에 패드층(203)을 형성한다.
이때, 상기 하부층은(202) 하기와 같이 형성된다.
우선, 상기 반도체 기판(201)에 활성영역과 소자분리영역을 정의하는 소자분리막을 형성하는데, 이때, 상기 소자분리막는 버즈 비크(Bird's Beak)가 거의 없어 소자의 고집적화에 따라 소자간에 전기적으로 분리시키는 영역을 축소시킬수 있는 STI 공정을 통하여 형성한다.
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 이온주입하여 포토다이오드를 형성한다.
이어서, 상기 포토다이오드이 형성된 기판에 층간절연막을 형성한 후, 상기 층간절연막 상에 제1 금속층을 형성한다. 이후, 상기 제1 금속층 상에 금속층간절 연막을 형성하여 상기 하부층(202)을 형성한 후, 상기 하부층(202) 상에 제2 금속층 및 패드층(203)을 형성한다.
이어서, 상기 패드층(203) 및 상기 하부층(202) 상에 패시베이션막(204)을 증착한 후, 칼라 이미지 구현을 위한 세가지 종류의 칼라필터(205) 형성공정을 진행하고 OCL(Over Coating Layer)막(206)을 이용한 평탄화 공정을 진행하여 칼라필터어레이를 형성한다. 칼라필터의 물질은 통상 염색된 포토레지스트를 사용한다.
이때, 상기 OCL막(206)은 일종의 포토레지스트로써 후속 마이크로렌즈 마스크 패터닝을 용이하게 하기 위한 평탄화 목적으로 쓰인다.
이어서, 상기 OCL막(206)을 이용하여 평탄화공정을 수행한 다음 광집속율을 증가시키기 위해 마이크로렌즈(207)를 형성하는데, 상기 마이크로렌즈(207)는 주로 유기물 포토레지스트 물질을 이용하여 형성한다.
다음으로 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로렌즈(207)이 형성된 기판 상에 상기 패드층(203) 오픈 예정영역을 오픈시킨 제1 포토레지스트 패턴(208)을 형성한다.
이때, 상기 제1 포토레지스트 패턴(208)은 후속, 캡핑층을 리프트-오프(Lift-Off)시키기 위해 형성된 것이다.
이어서, 상기 패드층(2030 오픈 예정영역이 오픈된 상기 제1 포토레지스트 패턴(208) 상에 캡핑막(209)을 증착한다.
이때, 상기 캡핑막(209)는 저온 산화막인 것이 바람직하다.
다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 패드층(203) 상의 상기 캡핑막 (209) 및 상기 패시베이션막(204)을 식각하기 위한 제2 포토레지스트 패턴(210)을 형성한 후, 상기 제2 포토레지스트 패턴(210)을 식각 장벽으로 상기 캡핑막(209)와 상기 패시베이션막(204)을 식각하여 상기 패드층(203)을 오픈한다.
다음으로, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 제2 포토레지스트 패턴(210) 및 제1 포토레지스트 패턴(208)을 스트립하고, 상기 캡핑막(209)을 리프트-오프 시킨다.
상술한 바와 같이, 종래의 마이크로렌즈 캡핑막의 들뜸 및 깨짐 현상에 의해 이미지 센서를 열화시키는 결함을 방지하기 위하여, 본 발명에서는 상기 캡핑막(209)을 리프트-오프 시켜 상기 결함을 해결한다.
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 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발은 종래의 마이크로렌즈 캡핑막의 들뜸 및 깨짐 현상에 의해 이미지 센서를 열화시키는 결함을 방지하기 위하여, 본 발명에서는 캡핑막을 리프트-오프 시켜 상기 결함을 해결한다.
따라서, 공정의 재현성 확보와 소자의 신뢰성 향상을 통한 수율 향상 효과를 얻는다.
Claims (2)
- 패드층 및 마이크로렌즈가 형성된 기판을 준비하는 단계;상기 기판 상에 상기 패드층이 노출되도록 캡핑막의 리프트-오프를 위한 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴이 형성된 기판의 전체구조 상에 캡핑막을 증착하는 단계;상기 캡핑막을 선택적 식각하여 상기 패드층을 노출시키는 단계; 및상기 포토레지스트 패턴을 스트립하고 상기 캡핑막을 리프트-오프 시키는 단계를 포함하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 캡핑막은 저온산화막인 것을 특징으로 하는 씨모스 이미지 센서의 제조 방법.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| WITN | Withdrawal due to no request for examination |