KR20090070456A - 이미지센서 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자에 있어서, 특히 이미지센서 제조 방법에 관한 것으로, 금속막 상에 패시베이션(passivation)을 위한 베리어 질화막과 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)막을 순차적으로 증착하는 단계와, 픽셀영역에 컬러필터를 형성하는 단계와, 상기 컬러필터를 포함하여 반도체기판 전면 상에 단차를 갖는 평탄화막을 형성하고, 상기 픽셀영역의 평탄화막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계와, 상기 픽셀영역에 인접한 패드영역의 오픈을 위해, 터미널 비어를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴을 상기 마이크로렌즈를 포함하는 평탄화막 상에 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하는 식각을 실시하여 상기 터미널 비어를 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계로 이루어지는 발명이다.

이미지센서, 마이크로렌즈, 폴리머 레지듀, 터미널 비어(TV), 패드영역

Description

이미지센서 제조 방법 {method of manufacturing image sensor}

본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 특히 이미지센서 제조 방법에 관한 것이다.

이미지센서는 광학 영상(optical image)를 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자이다.

이미지센서는 크게 전하 결합 소자(CCD: Charge Coupled Device)와 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지센서로 분류될 수 있다.

씨모스 이미지센서는, 주변회로인 제어 회로(Control Circuit) 및 신호 처리 회로(Signal Processing Circuit)를 동시에 집적할 수 있는 CMOS 기술을 이용하여 픽셀수 만큼의 MOS 트랜지스터를 만들고 이를 통해 출력(Output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용한다.

CMOS 이미지센서는 포토다이오드(Photo Diode) 및 복수의 MOS 트랜지스터로 구성되며, 기본적으로 이미지센서 칩의 전후로부터 입사되는 빛 즉, 가시광선을 전기적 신호로 변환하여 영상화한다.

도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 이미지센서 구조를 나타낸 단면도로써, CMOS 이미지센서의 구조를 나타낸 것이다.

도 1을 참조하면, 종래의 CMOS 이미지센서는 픽셀영역과 트랜지스터영역으로 구분하여 정의할 수 있다.

픽셀영역에는 하부부터 반도체기판(1)에 포토다이오드(2), 층간절연막(3), 컬러필터(4), 그리고 마이크로렌즈(5)로 구성된다. 트랜지스터영역에는 트랜지스터(미도시)가 구비되며, 상기 층간절연막(3) 내에 금속배선들(미도시)이 구비된다.

도 2a 내지 2e는 종래 기술에 따른 이미지센서의 제조 절차를 나타낸 공정 단면도이다.

먼저, 트랜지스터 영역에 트랜지스터가 형성된 후에 후공정(BEOL)에 의한 금속막(Al)(10)을 형성한다.

이어, 도 2a에 도시된 바와 같이, 금속막(10) 상에 패시베이션(passivation)을 위한 베리어 질화막(nitirde barrier)(11)과 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)(12)막을 순차적으로 증착한다.

이어, 도 2b에 도시된 바와 같이, TEOS막(12) 상에 포토레지스트를 도포하고 또한 패터닝하여, 터미널 비어(Terminal VIA; 이하, TV)를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴(13)을 형성한다.

이어, 상기 포토레지스트 패턴(13)을 사용하여 금속막(10)의 일부 깊이까지 반응성이온식각(RIE)을 진행한다. 그 반응성이온식각(RIE)에 의해 도 2c에 도시된 TV를 형성한다. 그리하여 패드영역을 오픈한다. 그리고 사용된 포토레지스트 패턴(13)을 제거한다. 즉, TV 형성을 위한 포토레지스트 패턴(13)을 형성, 반응성이 온식각(RIE), 포토레지스트 패턴(13)의 제거를 위한 에싱(Ashing) 및 제거 공정을 통해 패드영역을 오픈한다.

이어, 도 2d에 도시된 바와 같이, 마이크로렌즈 보호를 위한 박막 TEOS막(14)을 형성한다. 그 박막 TEOS막(14)은 패드로써 금속막(Al)(10)과 직접 연결되는 것을 막아주기 위한 것이다. 그 박막 TEOS막(14) 대신에 열수지(thermal resin)를 사용할 수도 있다.

그런데 상기 패드영역을 오픈하기 위해 TV를 형성하는 과정 후에 폴리머 레지듀(Polymer residue)가 그 패드영역에 잔재한다.

이후에, 픽셀영역에 컬러필터(15), 패시베이션막(16), 그리고 평탄화막(17)을 형성하고, 그 평탄화막(17) 상에 마이크로렌즈(18)를 형성한다. 마이크로렌즈는 저온산화물(LTO: Low Temperature Oxide)를 증착하여 형성한다.

상기한 종래의 CMOS 이미지센서는 다크(Dark) 특성과 세츄레이션(Saturation) 특성이 모두 우수해야 한다.

다크 특성을 좋게 하기 위해서는 트랜지스터 중 트랜스퍼 트랜지스터(Tx Transistor)의 채널 주입 도즈(channel implant dose)를 올린다. 그런데 트랜스퍼 트랜지스터(Tx Transistor)의 채널 주입 도즈를 올리며, 입사 광에 의해 생성된 전하(electron)가 트랜스퍼 트랜지스터를 통해 플로팅확산영역(Floating Diffusion area)의 노드로 잘 전달되지 않아 세츄레이션(saturation) 레벨을 저하시킨다. 뿐만 아니라, 이미지 품질 저하 및 리셋 불량과 같은 문제도 야기시킨다.

한편, 상기의 종래 기술에서는 TV 형성 공정을 진행하고 나면, 패드영역(pad area)에 폴리머 레지듀(polymer residue)가 잔재하여 소자 품질의 신뢰도를 저하시킨다는 문제가 있었다.

또한, 상기에서 박막 TEOS막(14)은 100Å의 두께로 증착된다. 그리고 그 박막 TEOS막(14)이 증착된 패드영역의 저면에서 그 TEOS를 스트립(Strip)시킨다. 그런데 그 스트립되는 TEOS가 오픈된 금속막(10)의 패드에 어택(Attack)을 가하거나 폴리머 레지듀를 발생하여 이후 마이크로렌즈(18)를 형성하는 데 있어 신뢰도 문제를 야기시킨다.

본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 금속막의 패드영역을 오픈하기 위한 TV 형성 과정에서 폴리머 레지듀(Polymer residue)가 발생하지 않도록 새로운 공정을 지원하는 이미지센서 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 금속막의 패드영역을 오픈하기 위한 TV 형성 과정이 픽셀영역의 마이크로렌즈의 형성 과정에 악영향을 주는 것을 방지해주는 이미지센서 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 금속막의 패드영역을 오픈하기 위한 새로운 TV 형성 공정을 도입하여 패드영역에 남는 폴리머 레지듀를 효과적으로 제어하는 이미지센서 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지센서 제조 방법의 특징 은, 금속막 상에 패시베이션을 위한 베리어 질화막과 TEOS막을 순차적으로 증착하는 단계와, 픽셀영역에 컬러필터를 형성하는 단계와, 상기 컬러필터를 포함하여 반도체기판 전면 상에 단차를 갖는 평탄화막을 형성하고, 상기 픽셀영역의 평탄화막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계와, 상기 픽셀영역에 인접한 패드영역의 오픈을 위해, 터미널 비어를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴을 상기 마이크로렌즈를 포함하는 평탄화막 상에 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하는 식각을 실시하여 상기 터미널 비어를 형성하는 단계와, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계로 이루어지는 것이다.

바람직하게, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계는 H₂SO₄와 H₂O₂를 희석한 화학물을 사용하여 스트립 공정을 진행한다.

바람직하게, 상기 포토레지스트 패턴의 제거 시 발생하는 파티클을 제거하기 위한 세정 공정을 진행하는 단계를 더 포함한다. 여기서, 상기 세정 공정은 TMH와 H₂O₂와 H₂O를 희석한 화학물을 사용하여 진행한다.

본 발명에 따르면, 금속막의 패드영역을 오픈하기 위한 TV 형성 공정을 마이크로렌즈의 형성 이후에 실시하여 패드영역에 남는 폴리머 레지듀가 마이크로렌즈 형성의 신뢰도를 저하시키는 문제가 제거된다. 그에 따라, 마이크로렌즈의 신뢰도 향상으로 인하여 불량이 저하되므로 소자 수율을 향상시켜준다. 부가적으로 수율 향상으로 인해 원가절감의 효과도 기대된다.

또한, 마이크로렌즈 보호를 위한 박막 TEOS막이 요구되지 않으므로, 그 박막 TEOS의 일부가 스트립되는 과정에서 금속막 패드를 어택(Attack) 가하거나 폴리머 레지듀가 발생하여 마이크로렌즈를 형성하는데 오히려 방해가 되는 문제가 사라진다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 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.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이미지센서 제조 방법의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.

본 발명에서는 패드영역 오픈을 위한 TV 형성 공정이 마이크로렌즈 형성 이후에 진행되고, 또한 마이크로렌즈 보호를 위한 박막 형성 공정이 요구되지 않는다. 한편, 본 발명에 따른 마이크로렌즈는 저온산화물(LTO)을 증착하여 형성할 수 있다.

도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 이미지센서의 제조 절차를 나타낸 공정 단면도로써, CMOS 이미지센서의 제조 절차를 나타낸 것이다.

먼저 본 발명에 따른 CMOS 이미지센서는 픽셀영역과 트랜지스터영역으로 구 분하여 정의할 수 있다.

트랜지스터 영역에 트랜지스터가 형성된 후에 후공정(BEOL)에 의한 금속막(Al)(100)을 형성한다.

이어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 금속막(100) 상에 패시베이션(passivation)을 위한 베리어 질화막(nitirde barrier)(110)과 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)(120)막을 순차적으로 증착한다.

이어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 픽셀영역에서 마이크로렌즈(160)까지 형성한다. 즉, 픽셀영역에 컬러필터(130)를 형성하고, 그 컬러필터(130) 상에 패시베이션막(140)을 형성한다.

이어, 컬러필터(130)/패시베이션막(140)을 포함하여 반도체기판 전면 상에 트랜지스터영역과의 단차를 갖는 평탄화막(150)을 형성한다. 그리고 전체 평탄화막 중에서 픽셀영역의 평탄화막(150) 상에 적어도 하나의 마이크로렌즈(160)를 형성한다.

본 발명에서는 마이크로렌즈(160)를 형성하기까지 그 마이크로렌즈(160)를 보호하기 위한 박막 TEOS막을 추가로 형성하지 않아도 된다.

또한, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로렌즈(160)까지 형성한 후에, 픽셀영역에 인접한 패드영역의 오픈을 위한 포토레지스트 패턴(170)을 형성한다.

상세하게, 마이크로렌즈(160)를 포함하는 평탄화막(150) 상에 포토레지스트를 도포하고 또한 패터닝하여, TV를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴(170)을 마이크로렌즈(160)를 포함하는 평탄화막(150) 상에 형성한다.

이어, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스트 패턴(170)을 마스크로 하는 식각을 실시하여 TV를 형성한다. 그에 따라, 패드영역을 오픈한다.

상세하게, 포토레지스트 패턴(170)을 사용하여 알루미늄(Al) 금속막(100)의 일부 깊이까지 반응성이온식각(RIE)을 진행한다.

상기 반응성이온식각(RIE)에 의해 도 3c에 도시된 TV를 형성한다. 그리하여 패드영역을 오픈한다.

마지막으로, 도 3d에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(170)을 제거한다. 포토레지스트 패턴(170)의 제거를 위해, H₂SO₄와 H₂O₂를 특정 비율로 희석한 화학물을 사용하여 스트립 공정을 진행한다.

또한, 포토레지스트 패턴(170)의 제거 시 발생하는 파티클(particle)을 제거하기 위한 세정 공정을 더 진행할 수 있다.

상기 세정 공정은 TMH와 H₂O₂와 H₂O를 특정 비율로 희석한 화학물을 사용하여 진행한다.

한편, 본 발명에서 TV를 형성하는 과정에서 폴리머 레지듀가 발생하더라도, 그 폴리머 레지듀를 제거하는데 있어서 마이크로렌즈(160)에 전혀 영향을 주지 않는다. 이유는 폴리머 레지듀를 TV 형성 후 폴리머 레지듀의 제거 공정을 수행하더라도 산화물로 형성된 마이크로렌즈(160)는 포토레지스트 패턴(170)에 의해 보호되고 있는 상태이기 때문이다. 즉, 폴리머 레지듀가 제거된 후에 포토레지스트 패턴(170)을 스트립한다.

그에 따라, 폴리머 레지듀에 의한 마이크로렌즈(160)의 어택(attack) 가능성이 없으며, 폴리머 레지듀도 안전하게 제거할 수 있다.

추가 예로써, 폴리머 레지듀(Polymer residue)를 제거할 때, 패드 오픈 부위에서 알루미늄 금속막(100) 손실이 발생할 수 있다.

그러나 그 금속막(100)은 4000Å 이상이므로 1000Å 이하의 손실까지 허용한다. 그리하여 소자 품질에 영향을 주지 않도록 한다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다.

그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 종래 기술에 따른 일반적인 이미지센서 구조를 나타낸 단면도.

도 2a 내지 2e는 종래 기술에 따른 이미지센서의 제조 절차를 나타낸 공정 단면도.

도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 이미지센서의 제조 절차를 나타낸 공정 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

100 : 금속막 110,110a : 베리어 질화막

120,120a : TEOS막 130 : 컬러필터

140 : 패시베이션막 150 : 평탄화막

160 : 마이크로렌즈 170 : 포토레지스트 패턴

Claims (4)

1. 금속막 상에 패시베이션(passivation)을 위한 베리어 질화막과 TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)막을 순차적으로 증착하는 단계;

   픽셀영역에 컬러필터를 형성하는 단계;

   상기 컬러필터를 포함하여 반도체기판 전면 상에 단차를 갖는 평탄화막을 형성하고, 상기 픽셀영역의 평탄화막 상에 마이크로렌즈를 형성하는 단계;

   상기 픽셀영역에 인접한 패드영역의 오픈을 위해, 터미널 비어를 형성하기 위한 포토레지스트 패턴을 상기 마이크로렌즈를 포함하는 평탄화막 상에 형성하는 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하는 식각을 실시하여 상기 터미널 비어를 형성하는 단계; 그리고

   상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계는,

   H₂SO₄와 H₂O₂를 희석한 화학물을 사용하여 스트립 공정을 진행하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴의 제거 시 발생하는 파티클을 제거하기 위한 세정 공정을 진행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 세정 공정은 TMH와 H₂O₂와 H₂O를 희석한 화학물을 사용하여 진행하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.

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