KR20090064992A - 이미지 센서의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
실시예는 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다. 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 포토 다이오드를 포함하는 기판 상부에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계, 상기 기판 표면을 HMDS(Hexamethyldisilazane) 처리하는 단계 및 상기 HMDS 처리한 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 실시예는 이미지 센서의 성 공정에서 마이크로 렌즈를 형성하고 웨이퍼 쏘잉(Wafer Sawing)시 상기 마이크로 렌즈 표면을 HMDS처리를 하고 다시 열처리를 하여 파티클의 흡착을 방해하고 흡착된 파티클을 용이하게 제거할 수 있다.
이미지 센서, 마이크로 렌즈, HMDS
Description
실시예는 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상((optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게 전하결합소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)로 구분된다.
한편, CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소비가 클 뿐만 아니라, 다단계의 포토 공정이 요구되므로 제조 공정이 복잡한 단점을 갖고 있으므로, 최근에는 상기 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다.
씨모스 이미지센서는 단위 화소 내에 포토 다이오드와 모스 트랜지스터를 형성시키는 스위칭 방식으로 각 단위 화소의 전기적 신호를 순차적으로 검출하여 영상을 구현한다.
이러한 다양한 이미지 센서를 제조함에 있어서, 이미지 센서의 광감도(photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있고 그중 하나가 집광기술이 다. 예컨대, CMOS 이미지 센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직회로부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지 센서 면적에서 광감지부분의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 "Fill Factor"라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근복적으로 로직회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위하여 광감지부분 이외의 영역으로 입사하는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 모아주는 집광기술이 많이 연구되고 있다.
상기 집광 기술의 대표적인 예가 마이크로 렌즈를 형성하는 것이다.
종래기술에 의하면, 이미지센서의 제조과정 중 마이크로렌즈를 형성하는 방법은 일반적으로 화소가 형성된 반도체 기판 상에 최상부 금속배선 및 패시베이션층을 형성한 후 컬러필터와 마이크로 렌즈 형성 공정을 진행한다.
상기와 같은 마이크로 렌즈는 감광성 유기물 물질을 노광(expose), 현상(development), 리플로우(reflow)의 순서로 진행하여 반구형의 모양을 최종 형성시킨다. 그러나, 상기 감광성 유기물 물질은 물성 자체가 약하여 패키지 및 범프 등의 후공정에서 마이크로 렌즈가 물리적인 충격에 의해 크랙 등에 의한 손상을 입기 쉽고 감광성 유기물은 상대적인 점성이 강하여 파티클이 흡착될 경우 렌즈의 불량을 유발시키게 된다.
도 1은 종래 마이크로 렌즈가 형성된 웨이퍼 상에 파티클이 흡착된 사진이다.
도 1을 참조하면, 마이크로 렌즈(60)가 형성된 웨이퍼 상에 웨이퍼 쏘잉 시 발생된 파티클(A)이 셀 영역으로 떨어져 마이크로 렌즈 위에 흡착되어 있다.
상기 마이크로 렌즈(60)의 표면은 불안정한 표면 에너지를 가지기 때문에 상기 파티클은 상기 마이크로 렌즈(60)의 표면과 결합하여 클리닝 공정을 거쳐도 잘 떨어지지 않아 수율 저하를 일으키는 문제점이 있다.
실시예는 이미지 센서의 성 공정에서 마이크로 렌즈를 형성하고 웨이퍼 쏘잉(Wafer Sawing)시 상기 마이크로 렌즈 표면을 HMDS처리를 하고 다시 열처리를 하여 높은 수율을 갖는 이미지 센서의 제조 방법을 제공한다.
실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은, 포토 다이오드를 포함하는 기판 상부에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계, 상기 기판 표면을 HMDS(Hexamethyldisilazane) 처리하는 단계 및 상기 HMDS 처리한 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
실시예는 이미지 센서의 성 공정에서 마이크로 렌즈를 형성하고 웨이퍼 쏘잉(Wafer Sawing)시 상기 마이크로 렌즈 표면을 HMDS처리를 하고 다시 열처리를 하여 파티클의 흡착을 방해하고 흡착된 파티클을 용이하게 제거할 수 있는 효과가 있다.
실시예는 마이크로 렌즈 표면을 소수성화하여 파티클이 흡착되는 것을 방지하여 불량률을 떨어뜨리고 수율을 향상시키는 효과가 있다.
이하, 실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 실시예의 설명에 있어서, 각 층의 "상/위(on/over)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, 상/위(On/Over)는 직접(directly)와 또는 다른 층을 개재하여(indirectly) 형성되는 것을 모두 포함한다.
도 2는 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법의 순서도이다.
먼저, 이미지 센서의 마이크로 렌즈 형성 공정 이전까지의 공정을 설명하면 다음과 같다.
반도체 기판 상에는 포토다이오드를 포함하는 광감지부가 형성된다.
상기 포토다이오드를 포함하는 광감지부에 대하여 구체적으로 설명하면, 반도체 기판 상에는 액티브 영역과 필드영역을 정의하는 소자분리막이 형성되어 있으며, 각각의 단위화소에는 빛을 수광하여 광전하를 생성하는 포토다이오드가 형성되어 있으며, 상기 포토다이오드에 연결되어 수광된 광전하를 전기신호를 변환하는 트랜지스터가 형성되어 있다.
상기 소자분리막과 포토다이오드를 포함하는 관련소자들이 형성된 이후에, 층간절연막이 반도체 기판 상에 형성되고 이후 층간절연막 상에 금속배선이 형성된다. 이러한 금속배선은 포토다이오드로 입사되는 빛을 가리지 않도록 의도적으로 레이아웃되어 형성된다.
이어서, 상기 최종금속배선, 즉 패드를 형성한 이후에 패시베이션층을 더 형성할 수도 있다. 상기 패시베이션층은 습기나 스크래치 등으로부터 소자를 보호하기 위한 것으로 패드 상에 패시베이션층을 형성할 수 있다. 여기서, 상기 패시베이션층은 실리콘 산화막, 실리콘 질화막 및 실리콘 산질화막 중의 어느 하나로 형성될 수도 있으며 또는 하나 이상의 층이 적층된 구조일 수도 있다.
한편, 패시베이션층이 형성되지 않고 패드가 형성된 층간절연막 상에 후속공정으로 컬러필터가 형성되어도 무방하며 이는 이미지 센서의 전체적인 높이에 영향을 주게되어 보다 박형의 소형 이미지 센서를 제공할 수도 있다.
추가적으로 상기 패시베이션층 상에 상기 패드를 오픈하기 위한 1차 패드 오픈 공정을 수행할 수도 있다. 상기 1차 패드 오픈 공정은 패시베이션층 상에 상기 패드 영역에 해당하는 홀을 갖는 포토레지스트 패턴을 형성한 후 이를 마스크로 하여 상기 패시베이션층을 식각함으로써 상기 패드를 오픈시키게 되는 것이며, 상기 1차 패드 오픈 공정을 수행한 후 마이크로 렌즈를 형성하고 다시 2차 패드 오픈 공정을 진행할 수도 있다. 여기서 상기 1차 패드 오픈 공정은 생략가능한 것이며 이하의 설명에서는 상기 1차 패드 오픈 공정은 생략하는 것을 예로 하여 설명하도록 한다.
그 다음, 상기 패시베이션층 상에 컬러필터가 형성된다. 상기 컬러필터는 컬러 이미지 구현을 위해 3색의 컬러필터로 형성되며, 상기 컬러필터를 구성하는 물질로는 염색된 포토레지스트를 사용하며 각각의 단위화소마다 하나의 컬러필터가 형성되어 입사하는 빛으로부터 색을 분리해 낸다. 이러한 컬러필터는 각각 다른 색 상을 나타내는 것으로 레드(Red), 그린(Green) 및 블루(Blue)의 3가지 색으로 이루어져 인접한 컬러필터들은 서로 약간씩 오버랩되어 단차를 가지게 된다.
이를 보완하기 위한 후속공정으로 평탄화층을 컬러필터 상에 형성한다. 후속공정으로 형성될 마이크로 렌즈는 평탄화된 표면 상에 형성되어야 하며, 이를 위해서는 컬러필터로 인한 단차를 없애야 하므로, 상기 컬러필터 상에 평탄화층을 형성할 수 있다.
그 다음, 상기 컬러필터 상부로 마이크로 렌즈를 형성하기 위한 감광성 유기막을 형성한다.
상기 감광성 유기막을 선택적으로 노광하고 현성하여 상기 마이크로 렌즈 형성을 위한 감광성 유기막 패턴을 형성한다.
상기 감광성 유기막 패턴을 리플로우하여 반구형의 마이크로 렌즈를 최종적으로 형성할 수 있다(S100).
상기 마이크로 렌즈를 형성한 다음, 상기 마이크로 렌즈가 형성된 표면을 HMDS(Hexamethyldisilazane: 헥사메틸다이사이레인) 처리한다(S110).
상기 HMDS처리 공정은 헥사메틸다이사이레인 가스([(CH3)3Si]2NH) 가스를 플로우하여 상기 마이크로 렌즈가 형성된 기판 표면을 케미컬 처리하며 80℃∼150℃ 온도에서 40초∼80초 동안 베이크(Bake) 처리에 의해 형성된다.
상기 마이크로 렌즈 표면을 HMDS 처리를 한 후에는 상기 마이크로 렌즈 표면이 -OH기와 결합하여 2NH3 가스를 발생시키면서 표면이 소수성(Hydrophobic)을 가진 다. 그러나, HMDS 처리에 의하여 소수성화된 마이크로 렌즈 표면도 반데르발스(Van der Waals) 결합을 하고 있어서 시간이 지나면 다시 친수성화가 진행된다.
따라서, 소정 시간이 경과되어 상기 마이크로 렌즈 표면이 친수성화가 되면 다시 한번 열처리를 한다(S120).
상기 열처리는 80℃∼150℃ 온도에서 40초∼80초 동안 진행한다.
상기 마이크로 렌즈 표면의 표면 에너지가 감소되어 웨이퍼 쏘잉 시 발생된 파티클에 잘 흡착되지 않으므로 높은 수율을 확보할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 렌즈 표면을 HMDS 처리 후 시간이 경과되어 표면 에너지가 다시 상승하면 열처리 공정을 하여 표면 에너지를 감소시키고 소수성화시킨다.
도 3a 내지 도 3d는 실시예의 마이크로 렌즈 형성 공정 순서에 따라 마이크로 렌즈의 콘택 각도(contact angle)의 변화를 일례를 들어 보여주는 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 마이크로 렌즈가 형성된 기판(100) 표면에 물방울(110)을 떨어뜨려 상기 기판(100)과 물방울(110)의 콘택 각도를 측정하는데, 상기 콘택 각도가 작을 수록 기판 표면이 친수성에 가깝고 상기 콘택 각도가 클수록 기판 표면이 소수성에 가까운 것이다.
도 3a를 참조하면, 마이크로 렌즈가 형성된 기판(100) 표면에 물방울을 떨어뜨리면, 상기 마이크로 렌즈가 형성된 기판 표면은 친수성이므로 제 1 접촉 각도(θ1)는 약 54°로 측정된다.
도 3b를 참조하면, 상기 마이크로 렌즈가 형성된 기판(100) 표면에 HMDS 처 리를 한 후, 기판(100) 표면에 물방울(110)을 떨어뜨리면 상기 기판(100) 표면은 HMDS 처리에 의하여 표면 에너지가 작아지고 소수성화되었으므로 제 2 접촉 각도(θ2)는 약 67°로 측정되어 각도가 커진 것을 알 수 있다.
도 3c를 참조하면, 상기 HMDS 처리를 한 기판(100)이 약 130 시간이 경과한 후, 기판(100) 표면에 물방울(110)을 떨어뜨리면 상기 기판 표면 에너지는 다시 상승하여 친수성화되므로, 제 3 접촉 각도(θ3)는 약 58°로 측정되어 각도가 작아진 것을 알 수 있다.
상기 HMDS 처리 단계와 이후 열처리 단계 사이에는 소정의 시간 간격이 있으며, 경우에 따라 시간 간격은 달라질 수 있으나 대체로 50 내지 200 시간 사이로 할 수 있다.
도 3d를 참조하면, 상기 친수성화된 기판(100)을 다시 열처리하여, 기판 표면에 물방울(110)을 떨어뜨리면 친수성화된 기판(100)이 소수성화되어 제 4 접촉 각도(θ4)는 약 64°로 측정되어 각도가 커진 것을 알 수 있다.
실시예는 이미지 센서의 성 공정에서 마이크로 렌즈를 형성하고 웨이퍼 쏘잉(Wafer Sawing)시 상기 마이크로 렌즈 표면을 HMDS처리를 하고 다시 열처리를 하여 파티클의 흡착을 방해하고 흡착된 파티클을 용이하게 제거할 수 있다.
실시예는 마이크로 렌즈 표면을 소수성화하여 파티클이 흡착되는 것을 방지하여 불량률을 떨어뜨리고 수율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발 명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래 마이크로 렌즈가 형성된 웨이퍼 상에 파티클이 흡착된 사진이다.
도 2는 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법의 순서도이다.
도 3a 내지 도 3d는 실시예의 마이크로 렌즈 형성 공정 순서에 따라 마이크로 렌즈의 콘택 각도(contact angle)의 변화를 일례를 들어 보여주는 단면도이다.
Claims (5)
- 포토 다이오드를 포함하는 기판 상부에 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;상기 기판 표면을 HMDS(Hexamethyldisilazane) 처리하는 단계; 및상기 HMDS 처리한 기판을 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 HMDS 처리하는 단계와 상기 열처리하는 단계 사이에, 상기 기판 표면이 친수성화되는 시간 간격을 두는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 HMDS 처리하는 단계에 있어서, 상기 HMDS 처리는 80℃∼150℃ 온도에서 40초∼80초동안 진행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 열처리는 80℃∼150℃ 온도에서 40초∼80초 동안 진행하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
- 제 1항에 있어서,상기 기판을 열처리하는 단계 이후에,상기 기판 절단(sawing) 공정이 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 제조 방법.
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Family Cites Families (2)
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| KR100769130B1 (ko) * | 2005-12-29 | 2007-10-22 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 씨모스 이미지 센서 및 그 제조방법 |
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2007
- 2007-12-17 KR KR1020070132395A patent/KR100907169B1/ko not_active IP Right Cessation
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