KR20070035905A - 광 손실을 감소시킨 시모스 이미지센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로 특히, 구리배선과 매립형 패드를 사용하는 시모스 이미지센서에서 매립형 패드 형성시 마지막 구리배선층의 금속층간절연막을 제거하여 광 투과성을 향상시킨 발명이다. 이를 위한 본 발명은 구리배선을 사용하는 시모스 이미지센서의 제조방법에 있어서, 수광소자가 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 구리 확산방지막과 금속층간절연막을 구비한 복수층의 구리배선을 형성하는 단계; 상기 최상층의 구리배선 상에 패드용 금속층과 반사방지막을 적층하여 형성하고, 그 상부에 패터닝된 포토레지스트를 형성하는 단계; 상기 패터닝된 포토레지스트를 이용하여 패드용 금속층을 패터닝하되, 최상층의 구리배선에 대응하는 금속층간절연막도 함께 제거하는 단계; 및 상기 포토레지스트를 제거하고 페시베이션막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
시모스 이미지센서, 구리배선, 매립형 패드, 광 손실
Description
도1a는 통상적인 시모스 이미지센서의 단위화소를 도시한 회로도,
도1b는 종래기술에 따른 시모스 이미지센서의 대략적인 구조를 도시한 단면도,
도2a 내지 도2e는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조공정을 도시한 공정단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 기판 11 : 필드산화막
12 : 단위화소 13 : 게이트 전극
14 : 스페이서 15 : 층간절연막
16 : 제 1 금속배선 17 : 제 1 금속층간절연막
18 : 제 2 금속배선` 19 : 제 2 금속층간절연막
20 : 제 3 금속배선 21 : 페시베이션막
22 : 칼라필터 23 : 평탄화막
24 : 마이크로렌즈 25 : 마이크로렌즈 보호막
본 발명은 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것으로 특히, 구리배선과 매립형 패드를 사용하는 시모스 이미지센서에서 매립형 패드 형성시 마지막 구리배선층의 금속층간절연막을 제거하여 광 투과성을 향상시킨 발명이다.
일반적으로, 이미지센서는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 장치로서, 대표적인 이미지센서 소자로는 전하결합소자(Charge Coupled Device; CCD)와 시모스 이미지센서를 들 수 있다.
그 중에서 전하결합소자는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 캐패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, 시모스 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소(pixel)수 만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 순차적으로 출력을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.
도1a는 통상의 시모스 이미지센서에서 1개의 포토다이오드(PD)와 4개의 MOS 트랜지스터로 구성된 단위화소(Unit Pixel)를 도시한 회로도로서, 빛을 받아 광전하를 생성하는 포토다이오드(100)와, 포토다이오드(100)에서 모아진 광전하를 플로 팅확산영역(102)으로 운송하기 위한 트랜스퍼 트랜지스터(101)와, 원하는 값으로 플로팅 확산영역의 전위를 세팅하고 전하를 배출하여 플로팅 확산영역(102)를 리셋시키기 위한 리셋 트랜지스터 (103)와, 플로팅 확산영역의 전압이 게이트로 인가되어 소스 팔로워 버퍼 증폭기(Source Follower Buffer Amplifier) 역할을 하는 드라이브 트랜지스터(104)와, 스위칭(Switching) 역할로 어드레싱(Addressing) 역할을 수행하는 셀렉트 트랜지스터(105)로 구성된다. 단위 화소 밖에는 출력신호(Output Signal)를 읽을 수 있도록 로드(load) 트랜지스터(106)가 형성된 모습을 도시하고 있다.
도1b는 단위화소와 칼라필터 및 마이크로렌즈들을 포함하여 구성된 시모스 이미지센서의 단면을 도시한 도면으로, 이를 참조하여 종래의 시모스 이미지센서의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 반도체 기판(10) 상에 활성영역과 필드영역을 정의하는 필드산화막(11)을 형성한다.
다음으로 시모스 이미지센서의 단위화소(12)를 형성한다. 단위화소(12)는 포토다이오드 및 여러개의 트랜지스터들로 구성되어 있으며, 이러한 단위화소의 구성에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이와같이 스페이서(14)를 구비한 게이트 전극(13) 및 단위화소(12)를 형성한 이후에, 이들을 덮는 층간절연막(15)을 전체 구조 상에 형성하고, 상기 층간절연막(15) 상에 제 1 금속배선(16)을 패터닝한다.
다음으로 제 1 금속배선(16)을 덮는 제 1 금속층간 절연막(17)을 형성한다. 여기서, 제 1 금속층간절연막(17)은 평탄화 역할을 하는 SOG(Spin On Glass) 막, 막질이 열악한 상기 SOG 막을 상하로 격리하기 위한 제 1 산화막 및 제 2 산화막등으로 구성되어 있다.
다음으로 제 1 금속층간 절연막(17) 상에 제 2 금속배선(18)을 패턴닝한 후, 그 상부에 제 2 금속층간 절연막(19)을 형성한다. 제 2 금속층간절연막(19)의 구성 역시, 제 1 금속층간절연막(17)과 동일하다.
도1b는 총 3개 층의 금속배선을 사용하는 경우를 도시한 도면으로서 따라서, 제 2 금속층간절연막(19) 상에 최종 금속배선인 제 3 금속배선(20)이 패터닝된다.
이와같이 제 3 금속배선(20)까지 형성한 이후에, 소자를 습기나 스크래치로부터 보호하기 위한 페시베이션막(21)이 전체구조 상에 형성된다.
이와같이 페시베이션막(21)까지 형성한 다음, 페시베이션막 상에 칼라필터 형성용 물질을 도포하고 이를 적절한 마스크를 이용하여 패턴닝하여 수광영역의 단위화소에 대응되는 영역에 칼라필터(22)를 형성한다.
이어서, 칼라필터(22)로 인한 단차를 보상하기 위해 평탄막(23)을 형성하고, 평탄화막(23) 상에 마이크로렌즈(24)를 형성한다. 다음으로 마이크로렌즈를 보호하기 위한 마이크로렌즈 보호막(25)을 전체 구조 상에 증착한다. 마이크로렌즈 보호막(25)으로는 통상적으로 LTO(Low Temperature Oxide) 산화막이 주로 사용된다.
다음으로 패드를 오픈하기 위한 패드 오픈공정이 진행되며, 도1b는 패드 오픈용 포토레지스트를 이용하여 패드가 오픈된 상태를 도시하고 있다.
도1b에 도시된 시모스 이미지센서는 알루미늄 배선을 사용하는 경우를 도시 한 경우이며, 근자에는 알루미늄 배선대신에 전기전도도가 우수한 구리배선을 시모스 이미지센서에 사용하고 있다.
배선 형성후 금속층간절연막을 증착하는 알루미늄 배선과 달리, 구리 배선의 경우에는 주변부에 금속층간절연막이 먼저 형성된 후 구리 배선이 형성되는 관계로, 구리 배선이 형성될 때마다 구리배선과 같은 두께를 갖는 금속층간절연막이 생성된다.
따라서, 마지막 구리 배선층의 경우에도 금속층간절연막이 생성되므로, 이는 알루미늄 배선을 사용하는 경우에 비해, 광 투과성의 저하를 가져오는 단점으로 작용하였다.
일반적으로 구리의 경우 비저항이 낮기 때문에 낮은 배선 두께를 가지므로 앞서 언급한 금속층간절연막을 제거하거나 또는 구리 배선의 두께를 줄일 수 있다면 전술한 광 투과성 저하를 극복할 수 있을 것이다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 구리배선과 매립형 패드를 사용하는 시모스 이미지센서에서 매립형 패드 형성시 마지막 구리배선층의 금속층간절연막을 제거하여 광 투과성을 향상시킨 시모스 이미지센서 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 구리배선을 사용하는 시모스 이미지센서의 제조방법에 있어서, 수광소자가 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 구리 확산방지막과 금속층간절연막을 구비한 복수층의 구리배선을 형성하는 단계; 상기 최상층의 구리배선 상에 패드용 금속층과 반사방지막을 적층하여 형성하고, 그 상부에 패터닝된 포토레지스트를 형성하는 단계; 상기 패터닝된 포토레지스트를 이용하여 패드용 금속층을 패터닝하되, 최상층의 구리배선에 대응하는 금속층간절연막도 함께 제거하는 단계; 및 상기 포토레지스트를 제거하고 페시베이션막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진다.
시모스 이미지센서에서는 회로의 구성방법에 따라서도 그 특성향상을 확보할 수 있지만, 포토다이오드로 입사하는 빛의 손실을 최소화하는 경우에도 그 특성향상을 기대할 수 있다. 이와같은 빛의 손실은 포토다이오드와 마이크로렌즈까지의 거리를 감소시킴으로써 개선시킬 수 있다.
구리배선을 사용하는 종래의 시모스 이미지센서에서 마지막 금속배선층의 금속층간절연막은 소자의 두께를 증가시켜 포토다이오드로 입사하는 빛의 양을 감소시키는 단점으로 작용하고 있었다. 이러한, 금속층간절연막은 금속층간절연막과 대비하여 식각선택비가 큰 금속막(캡핑 메탈 : capping metal)을 이용하면 용이하게 제거할 수 있다.
이와같이 마지막 구리배선의 금속층간절연막의 제거는 캡핑메탈을 이용하면 용이한 것이 사실이지만, 패드의 구조가 매립형인 경우에는 별도의 캡핑메탈을 사 용함이 없이 마지막 배선의 금속층간절연막을 제거할 수 있다.
본 발명은 매립형 패드와 구리 배선을 사용하는 시모스 이미지센서 제조시 간단한 공정으로 마지막 금속배선층의 금속층간절연막을 제거함으로써, 광 특성을 향상시킨 시모스 이미지센서의 제조방법에 관한 것이다.
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 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도2a 내지 도2e는 본 발명의 일실시예에 따른 시모스 이미지센서의 제조공정을 도시한 공정단면도로써 이를 이를 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.
먼저, 도2a는 3개 층의 구리배선을 사용하는 시모스 이미지센서의 단면을 대략적으로 도시한 단면도이다.
설명의 편의를 위해 포토다이오드와 각종 트랜지스터 등이 형성된 부분은 도2a에는 도시하지 않았으며, 도2a에 도시된 가장 하단부의 막(도면부호 50)은 제 1 구리배선을 형성하기 위한 제 1 금속층간절연막이다.
이와같이 제 1 금속층간절연막을 형성한 후에 제 1 구리배선이 형성되며 그 상부에는 확산방지막(Diffusion barrier)(52)이 형성된다. 확산방지막으로는 SiC 막 또는 SiN 막이 사용될 수 있다.
다음으로, 제 2 구리배선 및 제 3 구리 배선이 차례로 적층되어 형성되는 바 , 그 제조공정은 제 1 구리배선의 경우와 동일하다.
즉, 확산방지막(52) 상에 제 2 금속층간절연막(55)을 형성한 후, 제 2 구리배선(54), 확산방지막(56)을 차례로 형성한다. 미설명 부호 53은 제 1 구리배선과 제 2 구리배선을 전기적으로 연결하기 위한 플러그이다.
이와같이 제 2 구리배선까지 형성한 다음, 확산방지막(56) 상에 제 3 금속층간절연막(57)을 형성한 후, 제 3 구리배선(58), 확산방지막(60)을 차례로 형성한다. 미설명 부호 59는 제 2 구리배선(54)과 제 3 구리배선(58)을 전기적으로 연결하기 위한 플러그이다.
다음으로 도2b에 도시된 바와같이 확산방지막(60) 상에 알루미늄 패드 형성을 위한 물질들이 적층된다.
이때, 캡핑 메탈과 동일한 역할을 수행하도록 기 형성된 모든 구리 배선위에 알루미늄이 형성되어야 하므로, 알루미늄막 상에는 반드시 반사방지막(ARC)을 사용하여야 하며, 필요에 따라서는 후속 금속층간절연막 제거시 레지스트(resist) 역할을 할 수 있도록 금속층간절연막에 대해 식각선택비가 우수한 질화막을 한 번더 적층하여 사용할 수 있다.
이러한 점을 감안하여 도2b를 살펴보면, 확산방지막(60) 상에는 패드로 사용되기 위해 알루미늄막(61)이 형성되어 있으며, 그 상부에는 반사방지막(62), 반사방지막(62) 상에는 질화막(63)이 적층되어 형성되어 있음을 알 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 반사방지막으로 TiN 막을 사용하였으며, 질화막으로는 SiN 막을 사용하였다.
다음으로 도2c에 도시된 바와같이 질화막(63) 상에 포토레지스트(64)를 형성하고, 알루미늄 패드를 패터닝하기 위해 포토레지스트(63)에 대한 패터닝 작업을 진행한다. 도2c는 패터닝된 포토레지스트가 질화막 상에 형성되어 있음을 도시하고 있다.
다음으로 도2d에 도시된 바와같이 포토레지스트(64)를 이용하여 알루미늄 패드 패턴이 서로 분리되도록 패터닝 작업은 진행한다. 이후, 포토레지스트를 제거하지 않은 상태에서, 산화막에 대한 식각조건을 이용하여 마지막 구리배선층의 금속층간절연막(57)을 제거하는 식각공정을 진행한다.
이와같이, 본 발명의 일실시예에서는 광 투과성을 저하시키는 금속층간절연막 제거시, 별도의 캡핑메탈을 사용하지 않고, 알루미늄 패드공정을 간단히 변경하여 목적을 달성하였다.
즉, 패드로 사용된 알루미늄막(61)과, 산화막 식각시 레지스트 역할을 위해 적층된 질화막(63)이 금속층간절연막(57)에 대한 식각선택비가 우수하기 때문에 별도의 캡핑메탈 없이도 금속층간절연막의 제거가 가능하였으며, 이때 식각종료는 바로 아래 구리배선층의 확산방지막이 노출될때 식각을 종료하였다.
본 발명의 일실시예에 따르면 매립형 알루미늄 패드 형성과 마지막 구리배선층의 금속층간절연막 제거가 동시에 이루어지므로, 공정의 복잡화 없이 광 투과성의 저하를 방지할 수 있었다.
도2e는 패드가 오픈되는 후속공정이다. 즉, 도2d에 도시된 바와같이 알루미늄 패드 형성과 금속층간절연막을 제거가 이루어진 다음, 도2e에 도시된 바와같이 페시베이션막(65)이 증착되며, 그 이후에 패드를 오픈하는 일련의 공정이 진행된다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명이 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
본 발명을 시모스 이미지센서에 적용하게 되면, 구리 배선을 사용하는 경우의 단점인 광 투과율 저하 현상을 방지할 수 있으며 또한, 별도의 캡핑 메탈을 사용하지 않고도 마지막 구리배선층의 금속층간절연막을 제거할 수 있어 공정이 단순화되는 장점이 있다.
Claims (7)
- 구리배선을 사용하는 시모스 이미지센서의 제조방법에 있어서,수광소자가 형성된 반도체 기판을 준비하는 단계;상기 기판 상에 구리 확산방지막과 금속층간절연막을 구비한 복수층의 구리배선을 형성하는 단계;상기 최상층의 구리배선 상에 패드용 금속층과 반사방지막을 적층하여 형성하고, 그 상부에 패터닝된 포토레지스트를 형성하는 단계;상기 패터닝된 포토레지스트를 이용하여 패드용 금속층을 패터닝하되, 최상층의 구리배선에 대응하는 금속층간절연막도 함께 제거하는 단계; 및상기 포토레지스트를 제거하고 페시베이션막을 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 최상층의 구리배선에 대응하는 금속층간절연막도 함께 제거하는 단계는,상기 최상층 구리배선층의 바로 아래 구리배선층에 대응하는 확산방지막이 노출될 때를 식각종료점으로 하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 최상층의 구리배선 상에 패드용 금속층과 반사방지막을 적층하여 형성하고, 그 상부에 패터닝된 포토레지스트를 형성하는 단계는,상기 반사방지막 상에 질화막을 더 적층하여 형성하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 최상층의 구리배선에 대응하는 금속층간절연막도 함께 제거하는 단계는,상기 최상층 구리배선층의 바로 아래 구리배선층에 대응하는 확산방지막이 노출될 때를 식각종료점으로 하는 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 패드용 금속층은 알루미늄인 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 확산방지막은 TiN 막인 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
- 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,상기 질화막은 SiN 막인 것을 특징으로 하는 시모스 이미지센서의 제조방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100853096B1 (ko) * | 2006-12-20 | 2008-08-19 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 이미지 센서 및 그의 제조방법 |
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2005
- 2005-09-28 KR KR1020050090869A patent/KR20070035905A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100853096B1 (ko) * | 2006-12-20 | 2008-08-19 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 이미지 센서 및 그의 제조방법 |
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