KR20090035926A - Ｃｍｏｓ이미지 센서 소자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서 소자의 제조 방법은 실리콘 기판 상에 금속 배선 및 금속 패드를 형성한 후 층간 절연막을 형성하는 단계와 상기 층간 절연막을 식각하여 수광부 영역을 형성하는 단계와 상기 금속 패드 위에 기 설정된 두께의 잔류막이 존재하도록 상기 금속 패드 위의 층간 절연막을 식각하는 단계와 상기 수광부 형성 영역에 컬러 필터, 평탄층 및 마이크로 렌즈로 이루어진 수광부를 형성하는 단계와 전면식각공정으로 상기 잔류막을 제거하여 상기 금속 패드를 드러나게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의할 시 수광부를 형성하는 과정에서 수반되는 화학 용액의 처리 시 금속 패드가 외부로 노출되지 않고 층간 절연막에 의해 화학 용액과의 접촉이 차단되므로 금속 패드가 화학 용액에 의해 부식되는 현상을 방지할 수 있는 바, CMOS 이미지 센서 소자의 신뢰도 향상 및 생산성 향상에 기여할 수 있다.
CMOS 이미지 센서 소자, 금속 패드, 부식
Description
본 발명은 CMOS 이미지 센서 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 CMOS 이미지 센소 소자에 형성되는 금속 패드의 부식을 방지하기 위한 제조 방법에 관한 것이다.
이미지 센서(image sensor)란 일반적으로 광학 영상을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자를 말하며, 최근들어 디지털 카메라(digital camera)는 인터넷을 이용한 영상통신의 발전과 더불어 그 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 추세에 있다. 이러한 이미지 센서로는 전하 결합 소자(Charge Coupled Device, 이하, CCD라 함)와 시모스(CMOS; Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 이미지 센서가 널리 사용되고 있으며, 이중 CMOS 이미지 센서는 CMOS 기술을 이용하여 하나의 단일 칩 상에 제어, 구동 및 신호 처리 회로의 집적화가 가능하며, 또한 저전압 동작 및 저전력 소모, 주변기기와의 호환성 및 표준 CMOS 제조 공정의 유용성으로 인하여 최근 크게 주목을 받고 있다.
이러한 CMOS 이미지 센서는 크게 외부의 빛을 집광하는 수광부와 수광된 빛 을 전기적 신호로 처리하는 로직부분으로 나눌 수 있다. 이때 수광부는 집광도를 최대화하기 위하여 컬러 필터(color filter) 상에 마이크로 렌즈(micro lens)를 형성하는 방법을 사용되고 있다.
이때 컬러 필터로는 컬러 감광막(color photo resist)을 이용하여 컬러 필터 배열(color filter array)를 형성하며, 이 컬러 필터 배열에는 주로 적색 컬러필터, 녹색 컬러필터 및 청색 컬러필터의 3색 컬러 필터가 사용된다. 일반적으로 이러한 컬러 필터들은 서로 다른 높이를 갖는다. 따라서 이러한 컬러 필터들 간의 높이 차이를 상쇄하기 위해 상기 컬러 필터 배열 위에 감광막을 이용하여 평탄층을 형성하며, 이렇게 형성된 평탄층 상에 빛의 집광을 위한 마이크로 렌즈를 형성하게 된다. 이때 마이크로 렌즈는 감광막을 도포하고 적정 형태로 패터닝 한 후 고온에서 리플로우(reflow) 시킴으로서 형성하게 된다.
이와 같이 컬러 필터, 평탄층 및 마이크로 렌즈로 이루어진 수광부를 형성하는 과정은 감광막을 도포하고 노광한 후 화학 용액에서 현상하여 감광막 중 일부를 제거하는 일련의 단계들이 계속하여 반복하여 수행되게 된다.
한편, CMOS 이미지 센서 소자에 있어서 금속 패드는 상기 수광부를 형성하기 전에 사진 식각 공정에 의해 금속 패드의 일부분이 외부로 오픈(open)되는 과정을 거치게 된다. 따라서 이렇게 외부로 드러나게 된 금속 패드는 상기 수광부를 형성하는 과정에서 수 차례에 걸쳐 화학 용액에 직접 노출되게 된다. 이러한 화학 용액에 직접 노출된 금속 패드의 표면이 화학 용액과 반응하여 부식될 수 있으며, 이러한 금속 패드의 부식은 CMOS 이미지 센서 소자의 수율 및 신뢰도를 저하시키는 요인으로 작용하게 된다. 도 1에는 이와 같은 문제의 일예로서, 실리콘 웨이퍼의 위쪽(top) 부분과 중간(center) 부분의 금속 패드가 부식에 의해 손상된 것을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 도시한 것이다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 종래에는 금속 패드를 오픈 한 후 수광부를 형성하기 전에 화학기상증착법을 이용하여 약 150Å의 산화막을 금속 패드의 드러난 부분 위에 도포하였다. 그러나 이렇게 화학기상증착법으로 상기 두께의 산화막을 균일하게 도포하는 것이 용이하지 않고 공정도 여러 장비를 거쳐 복잡하게 진행되므로 생산성 향상 측면에서 많은 문제를 가지고 있있다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 금속 패드를 오픈하기 위한 식각공정을 수광부 형성 이후에 수행함으로써, 금속 패드가 수광부 형성과정에서의 화학 용액에 의해 손상되는 것을 방지하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 CMOS 이미지 센서 소자의 제조 방법은 실리콘 기판 상에 금속 배선 및 금속 패드를 형성한 후 층간 절연막을 형성하는 단계와 상기 층간 절연막을 식각하여 수광부 영역을 형성하는 단계와 상기 금속 패드 위에 기 설정된 두께의 잔류막이 존재하도록 상기 금속 패드 위의 층간 절연막을 식각하는 단계와 상기 수광부 형성 영역에 컬러 필터, 평탄층 및 마이크로 렌즈로 이루어진 수광부를 형성하는 단계와 전면식각공정으로 상기 잔류막을 제거하여 상기 금속 패드를 드러나게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때 상기 층간 절연막은 실리콘 산화막인 것을 특징으로 한다. 또한 상기 잔류막의 두께는 100 ~ 400Å 범위인 것이 바람직하다.
본 발명에 의할 시 수광부를 형성하는 과정에서 수반되는 화학 용액의 처리 시 금속 패드가 외부로 노출되지 않고 층간 절연막에 의해 화학 용액과의 접촉이 차단되므로 금속 패드가 화학 용액에 의해 부식되는 현상을 방지할 수 있는 바, CMOS 이미지 센서 소자의 신뢰도 향상 및 생산성 향상에 기여할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 테스트 패턴의 구조에 대해 상세하게 설명한다. 도 2(a) 내지 도 2(d)에는 본 발명의 따른 CMOS 이미지 센서 소자의 제조 방법이 나타나 있다.
도 2(a)에서와 같이, 실리콘 기판 위에 수광부를 통해 집광된 영상 정보를 감지하고 처리하기 위한 회로들을 형성하고 난 후(미도시), 그 위에 전기 신호 전달을 위한 금속 배선(201) 및 (202)를 형성하고, 그 위에 금속 배선 간의 절연을 위한 층간 절연층으로 실리콘 산화막(SiO2, 이하 산화막)을 형성한다. 경우에 따라서는 패시베이션(passivation)을 위한 실리콘 질화막(Si3N4, 이하 질화막)을 형성할 수 있다. 이때 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막은 화학기상증착법(chemical vapor deposition)법에 의해 형성한다.
다음, 도 2(b)에 나타낸 것과 같이, 수광부가 형성될 영역의 질화막 및 산화막을 식각한다. 이때 수광부가 형성될 영역에서 금속 배선(201)위에 일정 두께의 산화막을 잔류시켜야 하는 바, 잔류되는 산화막의 두께는 1000~2000Å 범위가 바람직하다.
한편 상기 식각 공정은 반도체 제조 공정에서 일반적으로 사용되는 사진 식각 공정(photo lithography)이며, 이러한 사진 시각 공정이란 감광막의 도포 단계와 노광 및 현상 단계로 식각용 마스크를 형성하는 사진 공정과 상기 식각용 마스크를 이용하여 실제 식각을 수행하는 공정을 통칭하는 것으로서 당업자라면 이해할 수 있는 것인 바, 이하에서는 구체적인 단계는 생략하도록 한다.
도 2(b) 단계 완료 후에는 도 2(c)에 나타낸 것과 같이, 금속 패드(202) 위의 층간 절연막만을 식각한다. 이때 상기 금속 패드(202)의 위에 일정 두께의 산화막을 잔류시켜야 하는 바, 잔류되는 산화막의 두께는 100~300Å 범위인 것이 바람직하다. 이는 상기 산화막 두께 범위는는 화학 용액으로부터 금속 패드(202)를 보호 함과 동시에 추후 상기 잔류 산화막의 제거 단계에서 용이하게 제거할 수 두께 범위이기 때문이다. 또한 상기 두께를 잔류시키는 것은 식각 공정시 식각 시간을 조절함으로써 용이하게 구현될 수 있다.
도 2(c)의 단계가 완료된 후에는 도 2(d)에 나타낸 것과 같이, 수광부 영역에 앞에서 이미 기술한 방법으로 적색 컬러 필터(204), 녹색 컬러 필터(205) 및 청색 컬러 필터(206)으로 이루어진 컬러 필터 배열과 평탄층(207) 및 마이크로 렌즈(208)를 순차적으로 형성함으로써 수광부(209)를 형성한다.
다음, 도 2(e)에 나타낸 것과 같이, 마크스 없이 전면 식각 공정을 통해 금속 패드(202)위에 잔류 산화막을 제거함으로써 금속 패드를 외부로 오픈시킨다.
도 1은 실리콘 웨이퍼의 위쪽(top) 부분과 중간(center) 부분의 금속 패드가 부식에 의해 손상된 것을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 도시한 것이다.
도 2(a) 내지 도 2(e)는 본 발명에 따르는 CMOS 이미지 센서 소자의 제조 방법을 단계적으로 도시한 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
201: 금속 배선 202: 금속 패드
203: 층간 절연막 204: 패시베이션(passivation)막
205: 적색 컬러 필터 206: 녹색 컬러 필터
207: 청색 컬러 필터 208 : 평탄층
209: 마이크로 렌즈
Claims (3)
- 실리콘 기판 상에 금속 배선 및 금속 패드를 형성한 후 층간 절연막을 형성하는 단계;상기 층간 절연막을 식각하여 수광부 영역을 형성하는 단계;상기 금속 패드 위에 기 설정된 두께의 잔류막이 존재하도록 상기 금속 패드 위의 층간 절연막을 식각하는 단계;상기 수광부 형성 영역에 컬러 필터, 평탄층 및 마이크로 렌즈로 이루어진 수광부를 형성하는 단계; 및전면식각공정으로 상기 잔류막을 제거하여 상기 금속 패드를 드러나게 하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 층간 절연막은 실리콘 산화막인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 소자의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 잔류막의 두께가 100 ~ 400Å 범위인 것을 특징으로 하는 CMOS 이미지 센서 소자의 제조 방법.
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