KR20090022329A - 이미지 센서의 금속배선 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서의 금속배선 형성방법에 관한 것으로서, 특히 첫 번째 금속층의 금속배선을 형성하는 방법에 있어서, 트랜지스터와 소정의 접합영역이 형성된 반도체 기판상에 금속배선 하부 절연막을 형성하는 단계와, 상기 금속배선 하부 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 트랜지스터와 소정의 접합영역이 드러나는 콘택 홀을 형성하는 단계와, 텅스텐을 증착하여 상기 콘택 홀을 매립하고 동시에 상기 금속배선 하부 절연막 상부에 텅스텐 금속층을 형성하는 단계와, 상기 텅스텐 금속층을 선택적으로 식각하여 제 1 금속배선을 형성하는 단계와, 상기 제 1 금속배선 위에 텅스텐보다 비저항이 낮은 상부 금속배선을 형성하는 단계를 포함하여 이루어짐으로써, 마이크로 렌즈로부터 포토 다이오드까지의 광경로를 줄일 수 있다.
광경로, 이미지 센서, 텅스텐
Description
본 발명은 이미지 센서의 금속배선 형성방법에 관한 것으로, 특히 마이크로 렌즈에서 포토 다이오드까지의 광경로(optical path)를 줄이고 광감도(light sensitivity)를 개선하기 위한 금속배선 형성방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 빛을 감지하는 광 감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직(logic)회로 부분으로 구성되어 있다. 광감도를 높이기 위하여 전체 이미지 센서 소자에서 광 감지부분의 면적이 차지하는 비율을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 로직 회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서는 이러한 노력에 있어 한계가 있다.
따라서, 광감도를 높여주기 위하여 광 감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꾸어 광 감지 부분으로 모으는 집광기술이 등장하였다. 이러한 기술이 바로 마이크로 렌즈 형성기술이다. 또한, 컬러 이미지를 구현하기 위한 이미지 센서는 외부로부터의 빛을 받아 광전하를 생성 및 축적하는 광 감지부분 상부에 컬러필터가 배열되어 있다.
컬러필터 어레이(CFA, Color Filter Array)는 레드(red), 그린(green), 블루(blue)의 3가지의 컬러로 이루어지거나, 옐로우(yellow), 마젠타(magenta) 및 시안(cyan) 의 3가지의 컬러로 이루어진다.
도 1은 일반적인 이미지 센서의 구조를 나타낸 단면도이다. 도 1을 참조하면, 단위 화소 영역 중 마이크로 렌즈(130), 컬러필터(126)와 그 하부구조를 나타내고 있다.
반도체 기판(100)에 선택적으로 이온을 주입하여 p-well 영역 및 n-well 영역을 형성하고, 트랜치 소자 분리공정을 사용하여 STI(Shallow Trench Isolation)막(102)을 형성한다. 이 후, 원하는 문턱전압을 형성하기 위한 소정두께의 게이트 산화막을 형성하고, 그 위에 게이트 전극(106)으로 사용할 폴리 실리콘막과 텅스텐 실리사이드막을 형성하며, 선택적 식각공정으로 소자의 게이트 전극(106)을 형성한다.
이어서, 선택적 이온주입에 의해서 실리콘 기판에 n-이온주입영역과 p-이온주입영역을 형성하여 포토 다이오드(104)를 형성한다. 이어서, well 영역 내 트랜지스터의 소스 드레인을 LDD(Lightly Doped Drain) 구조로 만들기 위하여 저농도 소스/드레인 이온주입을 실시하고, 저압 화학증착(LPCVD) 방법을 이용하여 TEOS 산화막 또는 SiN을 증착한 후, 전면 식각하면 게이트 전극(106) 측벽에 스페이서를 형성한 다음, 고농도 소스/드레인 이온주입을 실시하여 P형 접합영역(미도시됨) 및 N형 접합영역(108)을 형성한다.
이후, 금속배선 하부 절연막(pre-metal dielectric: 이하 PMD)인 PMD층(110) 을 LPCVD 방법으로 TEOS 산화막을 1000Å 정도로 증착하고, 그 위에 상압 화학증착방법으로 BPSG막을 증착한다. 이후, BPSG 막의 플로우 목적으로 열처리를 한다.
이후, PMD층(110)을 선택적으로 식각하여 N형 접합영역(108)과 게이트 전극(106)이 노출되는 콘택 홀(112)을 형성한 다음, 텅스텐(W)을 증착하여 콘택 홀(112)을 매립하고 평탄화한다. 그리고, 글루층인 티타늄(Ti), 배선용 알루미늄(Al) 비반사 티타늄나이트라이드(TiN)를 각각 증착한 다음, 선택적 식각에 의해 제 1 금속배선(116)을 형성한다. 여기서, 상기 콘택 홀(112) 형성은 플라즈마 식각공정으로 진행하여 형성한다.
이어, 플라즈마 화학증착(plasma enhanced chemical vapor deposition ; PECVD) 방법을 이용하여 TEOS 산화막 및 SOG(Spin On Glass) 산화막을 코팅한 후에 열처리를 하고 평탄화 공정를 거친다. 이어서, 그 위에 PECVD 방법으로 산화막을 증착하여 제 1 금속간 절연층(inter-metal dielectric: IMD)인 제 1 IMD층(114)을 형성한다.
이어, 선택적으로 제 1 IMD층(114)을 식각하여 비아 홀(via hole ; 미도시됨)을 형성하고, 글루층인 티타늄(Ti), 배선용 알루미늄(Al) 비반사 티타늄 나이트라이드(TiN)을 적층한 후 플라즈마 식각 공정을 통하여 제 2 금속배선(120)을 형성한다.
이어, 제 1 IMD층(114) 형성방법과 동일하게 TEOS 산화막, SOG 산화막 및 산화막을 형성하여 제 2 IMD층(118)을 형성한다. 이후 제 3 금속배선(124)과 제 1 ILD층(Inter Layer Dielectric ; 122)도 형성하게 된다.
이어, 컬러필터(126) 어레이(color filter array)를 형성하고, 평탄화층(128)을 형성한다. 또한, 그 위에 마이크로 렌즈(micro lens, 130)를 형성한다.
그런데, 차세대 이미지 센서의 제조에 있어서, 픽셀 피치(pixel pitch)가 작아짐에 따라 입사광과의 종횡비(aspect ratio)가 커지는 것을 방지하기 위해 마이크로 렌즈(130)의 상부와 포토 다이오드(104) 표면과의 높이(height)를 낮추어야 하는 숙제가 있다.
그러나, 도 1에 도시된 일반적인 이미지 센서의 구조에서는 콘택 홀(112)을 텅스텐으로 채우고, 그에 접하는 제 1 금속배선(116)을 알루미늄으로 형성하고 있어 기존의 알루미늄 금속배선의 경우 두께가 1.0um까지 되는 등 포토 다이오드(104)와 컬러필터(126) 사이에 긴 광경로(optical path)가 존재할 수밖에 없다.
이러한 긴 광경로에 의해 광손실이 발생하고, 포토 다이오드(104)로 입사되는 광이 흡수, 굴절 및 반사되어 포토 다이오드(104)의 입사광은 매우 줄어들고 광감도가 매우 떨어지며, 이에 따라 화소의 크기를 줄이는 데 있어 한계가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 이미지 센서의 금속배선 형성방법에 있어서, 금속배선의 두께를 낮추어 광경로와 픽셀의 종횡비를 줄이고, 포토 다이오드의 광감도를 향상시키며 크로스 토크(cross talk)를 감소시킬 수 있는 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이미지 센서의 금속배선 형성방법의 일 특징은 트랜지스터와 소정의 접합영역이 형성된 반도체 기판상에 금속배선 하부 절연막을 형성하는 단계; 상기 금속배선 하부 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 트랜지스터와 소정의 접합영역이 드러나는 콘택 홀을 형성하는 단계; 텅스텐을 증착하여 상기 콘택 홀을 매립하고 동시에 상기 금속배선 하부 절연막 상부에 텅스텐 금속층을 형성하는 단계; 상기 텅스텐 금속층을 선택적으로 식각하여 제 1 금속배선을 형성하는 단계; 및 상기 제 1 금속배선 위에 텅스텐보다 비저항이 낮은 상부 금속배선을 형성하는 단계; 를 포함하여 이루어지는 것이다.
본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이미지 센서의 금속배선 형성방법은 금속배선의 두께를 낮추어 광경로와 픽셀의 종횡비를 줄이고, 포토 다이오드 의 광감도를 향상시키며 크로스 토크(cross talk)를 감소시키며, 평탄화 공정과 소정의 금속층 증착공정이 불필요하게 됨으로써 공정상의 결함을 더욱 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 이때 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
그리고 본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 밝혀두고자 한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 금속배선 형성방법을 나타내는 단면도로서, 제조공정을 순서대로 도시한다.
먼저, 도 2a를 참조하면, 반도체 기판(200)에 얕은 트랜치 소자 분리공정을 사용하여 STI(Shallow Trench Isolation)막(202)을 형성한다. 이 후, 원하는 문턱전압을 형성하기 위한 소정두께의 게이트 산화막을 형성하고, 그 위에 게이트 전극(206)으로 사용할 폴리 실리콘막과 텅스텐 실리사이드막을 형성하며, 선택적 식각공정으로 소자의 게이트 전극(206)을 형성한다.
이어서, 선택적 이온주입에 의해서 실리콘 기판에 n-이온주입영역과 p-이온주입영역을 형성하여 포토 다이오드(204)를 형성한다. 이어서, well 영역 내 트랜지스터의 소스 드레인을 LDD(Lightly Doped Drain) 구조로 만들기 위하여 저농도 소스/드레인 이온주입을 실시하고, 저압 화학증착(LPCVD) 방법을 이용하여 TEOS 산화막 또는 SiN을 증착한 후, 전면 식각하면 게이트 전극(206) 측벽에 스페이서를 형성한 다음, 고농도 소스/드레인 이온주입을 실시하여 N형 접합영역(208) 또는 P형 접합영역(미도시됨)을 형성한다.
이어, 도 2b를 참조하면, PMD층(210)을 LPCVD 방법으로 TEOS 산화막을 증착하여 형성한다. 여기서, 상기 TEOS 산화막위에 상압 화학증착방법으로 BPSG막을 증착한 후, 상기 BPSG 막의 플로우 목적으로 열처리를 하여 PMD층(210)을 형성할 수 있다.
그리고, PMD층(210)을 선택적으로 식각하여 N형 접합영역(208)과 게이트 전극(206) 등이 노출되는 콘택 홀(212)을 형성한다. 상기 콘택 홀(212)은 플라즈마 식각공정으로 형성할 수 있다..
이어, 도 2c를 참조하면, 텅스텐(W)을 증착하여 상기 콘택 홀(212)을 매립하고 동시에 상기 PMD층(210) 상부에 텅스텐 금속층을 형성한다. 그리고, 상기 텅스텐 금속층을 선택적으로 식각하여 제 1 금속배선(216)을 형성한다.
일반적인 제 1 금속배선 형성방법은 상기 콘택 홀(212)을 텅스텐으로 매립하고 평탄화하며, 그 후 알루미늄을 증착, 상기 알루미늄을 선택적으로 식각하여 제 1 금속배선을 형성하는 것이다.
그러나 본 발명의 일 실시 예는 텅스텐을 PMD층(210) 상부에 증착하여 콘택 홀(212)을 매립하고 동시에 텅스텐 금속층을 형성한 후 선택적으로 식각하여 제 1 금속배선(216)을 형성한다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에서는 텅스텐의 평탄화 공정과, 알루미늄의 증착과정이 필요 없게 되며, 텅스텐만을 사용하는 이러한 금속배선 형성방법은 금속배선의 두께를 0.1um로도 유지가 가능하게 된다.
그러므로, 제 1 금속배선(216)은 일반적인 금속배선 형성방법에 비해 두께가 낮아질 수 있고, 이러한 낮은 높이의 금속층으로 인해 마이크로 렌즈와 포토 다이오드 사이의 광경로도 줄어들 수 있게 된다. 또한, 앞서 설명한 공정의 간소화로 공정 결함들이 줄어들게 된다. 여기서, 제 1 금속배선(216)의 텅스텐은 두께(A)가 0.1um 내지 0.5um일 수 있다.
이어, 도 2d를 참조하면, PECVD 방법을 이용하여 TEOS 산화막 및 SOG 산화막을 코팅한 후에 열처리를 하고 평탄화 공정를 거친다. 그리고, 그 위에 PECVD 방법으로 산화막을 증착하여 제 1 금속간 절연층(inter-metal dielectric: IMD)인 제 1 IMD층(214)을 형성한다.
이어, 선택적으로 제 1 IMD층(214)을 식각하여 비아 홀(via hole ; 미도시됨)을 형성하고, 알루미늄을 증착하고 선택적으로 식각하여 제 2 금속배선(220)을 형성한다. 여기서, 제 2 금속배선(220)은 글루층인 티타늄(Ti), 배선용 알루미늄(Al) 비반사 티타늄나이트라이드(TiN)를 적층한 후 플라즈마 식각 공정을 통하여 형성할 수 있다.
이어, 제 1 IMD층(214) 형성방법과 동일하게 TEOS 산화막, SOG 산화막 및 산화막을 형성하여 제 2 IMD층(218)을 형성한다.
이후 도시 하지 않았지만 제 3 금속배선과 제 1 ILD층(Inter-Layer Dielectric)도 형성하게 된다. 그리고 그 상부에 컬러필터 어레이를 형성하고, 평탄화층을 형성하며, 상기 평탄화층 상부에 마이크로 렌즈를 형성하게 된다.
본 발명의 일 실시 예에서는 상기 제 1 금속배선(216)은 매립 특성이 좋은 텅스텐으로 형성하게 되지만, 제 2 금속배선(220) 및 제 3 금속배선(미도시됨)은 저항문제 때문에 텅스텐보다 비저항이 적은 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막을 사용하여 형성하게 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
도 1은 일반적인 이미지 센서의 구조를 나타낸 단면도
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서의 금속배선 형성방법을 나타내는 단면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
200 : 반도체 기판 202 : STI막
204 : 포토 다이오드 206 : 게이트 전극
208 : N형 접합영역 210 : PMD층
212 : 콘택 홀 214 : 제 1 IMD층
216 : 제 1 금속배선 218 : 제 2 IMD층
220 : 제 2 금속배선
Claims (4)
- 트랜지스터와 소정의 접합영역이 형성된 반도체 기판상에 금속배선 하부 절연막을 형성하는 단계;상기 금속배선 하부 절연막을 선택적으로 식각하여 상기 트랜지스터와 소정의 접합영역이 드러나는 콘택 홀을 형성하는 단계;텅스텐을 증착하여 상기 콘택 홀을 매립하고 동시에 상기 금속배선 하부 절연막 상부에 텅스텐 금속층을 형성하는 단계;상기 텅스텐 금속층을 선택적으로 식각하여 제 1 금속배선을 형성하는 단계; 및상기 제 1 금속배선 위에 텅스텐보다 비저항이 낮은 상부 금속배선을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 금속배선 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 금속배선 하부 절연막 상부 전면에 증착된 텅스텐은 두께가 0.1um 내지 0.5um인 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 금속배선 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 텅스텐보다 비저항이 낮은 상부 금속배선은 알루미늄막 또는 알루미늄 합금막으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 금속배선 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 트랜지스터와 소정의 접합영역이 드러나는 콘택 홀은 플라즈마 식각 공정으로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 금속배선 형성방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070087613A KR20090022329A (ko) | 2007-08-30 | 2007-08-30 | 이미지 센서의 금속배선 형성방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020070087613A KR20090022329A (ko) | 2007-08-30 | 2007-08-30 | 이미지 센서의 금속배선 형성방법 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20090022329A true KR20090022329A (ko) | 2009-03-04 |
Family
ID=40692219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020070087613A KR20090022329A (ko) | 2007-08-30 | 2007-08-30 | 이미지 센서의 금속배선 형성방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20090022329A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2842164B1 (en) * | 2012-04-23 | 2017-10-25 | Teledyne Dalsa B.V. | Semiconductor device and corresponding method of manufacturing |
| WO2022131077A1 (ja) * | 2020-12-16 | 2022-06-23 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像素子および電子機器 |
-
2007
- 2007-08-30 KR KR1020070087613A patent/KR20090022329A/ko not_active Application Discontinuation
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