KR20090128900A - Ｃｏｍｓ 이미지 센서의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 CMOS 이미지 센서에 있어서, 배선 들뜸 현상에 의해 발생되는 힐록(hillock)형 결함을 방지할 수 있는 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은 제1 금속배선이 형성된 기판을 준비하는 단계와, 상기 제1 금속배선 상에 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 층간 절연막을 식각하여 상기 제1 금속배선이 일부 노출되는 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀의 내부면을 따라 상기 층간 절연막 상에 완충막을 형성하는 단계와, 열처리 공정을 실시하는 단계와, 상기 완충막을 식각하여 상기 콘택홀 내측벽에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 스페이서를 포함하는 상기 층간 절연막 상부면을 따라 장벽 금속층을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀이 매립되도록 상기 장벽 금속층 상에 콘택 플러그를 형성하는 단계와, 상기 콘택 플러그와 접속되도록 상기 층간 절연막 상에 제2 금속배선을 형성하는 단계를 포함하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 제공한다.
CMOS 이미지 센서, 금속배선, 들뜸 현상, 힐록
Description
본 발명은 반도체 제조 기술에 관한 것으로, 특히 다층 구조의 금속배선을 포함하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법에 있어서, 콘택 플러그 형성방법에 관한 것이다.
CMOS 이미지 센서의 제조방법에 있어서, 암(dark) 특성을 개선하기 위해 패시베이션막(passivation layer) 증착 후 고온의 열처리를 진행하고 있다. 그러나, 이러한 고온의 열처리로 인하여 도 1에 도시된 바와 같이 배선 들뜸 현상이 초래되어 소자의 수율 저하 및 소자 결함의 원인이 되고 있다. 이러한 현상의 주원인은 패시베이션막 형성 후 고온에서 장시간 열처리를 실시하기 때문인 것으로 알려져 있다.
따라서, 본 발명은 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, CMOS 이미지 센서에 있어서, 배선 들뜸 현상에 의해 발생되는 힐록(hillock)형 결함을 방지할 수 있는 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 일 측면에 따른 본 발명은, 제1 금속배선이 형성된 기판을 준비하는 단계와, 상기 제1 금속배선 상에 층간 절연막을 형성하는 단계와, 상기 층간 절연막을 식각하여 상기 제1 금속배선이 일부 노출되는 콘택홀을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀의 내부면을 따라 상기 층간 절연막 상에 완충막을 형성하는 단계와, 열처리 공정을 실시하는 단계와, 상기 완충막을 식각하여 상기 콘택홀 내측벽에 스페이서를 형성하는 단계와, 상기 스페이서를 포함하는 상기 층간 절연막 상부면을 따라 장벽 금속층을 형성하는 단계와, 상기 콘택홀이 매립되도록 상기 장벽 금속층 상에 콘택 플러그를 형성하는 단계와, 상기 콘택 플러그와 접속되도록 상기 층간 절연막 상에 제2 금속배선을 형성하는 단계를 포함하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 제공한다.
바람직하게, 상기 완충막은 질화막으로 형성한다.
바람직하게, 상기 열처리 공정은 수소(H2) 어닐링(annealing) 방식으로 실시한다.
바람직하게, 상기 열처리 공정은 400~700℃의 온도에서 실시한다.
바람직하게, 상기 수소(H2) 어닐링 방식에서 수소(H2)의 농도는 1~80%로 한다.
바람직하게, 상기 스페이서를 형성하는 단계는 건식식각공정 또는 습식식각공정으로 실시한다.
바람직하게, 상기 건식식각공정은 에치백(etch back) 또는 블랭켓(blanket) 방식으로 실시한다.
바람직하게, 상기 장벽 금속층은 Ti, TiN, Ta, TaN, AlSiTiN, NiTi, TiBN, ZrBN, TiAlN, TiB2, Ti/TiN 또는 Ta/TaN로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성한다.
바람직하게, 상기 제2 금속배선은 Ti/Al/TiN, Ti/Al/Ti/TiN 또는 Ti/TiN/Al/Ti/TiN로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성한다.
상기한 구성을 포함하는 본 발명에 의하면, CMOS 이미지 센서의 제조방법에 있어서, CMOS 이미지 센서의 암 특성을 개선하기 위한 열처리 공정을 콘택홀 형성 후 완충막을 보호막으로 실시하여 패시베이션 공정 후 실시하는 열처리 공정 시간을 감소시키거나 생략함으로써 열버짓(thermal burget)을 감소시켜 배선 들뜸 현상 을 방지할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께와 간격은 설명의 편의와 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이며, 층이 다른 층, 영역 또는 기판 '상' 또는 '상부'에 있다고 언급되어지는 경우에 그것은 다른 층, 영역 또는 기판 상에 직접 형성될 수 있거나, 또는 그들 사이에 제3의 층이 개재될 수도 있다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면번호로 표시된 부분은 동일한 층을 나타내며, 각 도면번호에 영문을 포함하는 경우 동일층이 식각 또는 연마공정 등을 통해 일부가 변형된 것을 의미한다.
실시예
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 도시한 공정 단면도이다.
먼저, 도 2a에 도시된 바와 같이, 수광소자인 포토다이오드(potodiode)와 복수 개의 트랜지스터 등을 포함하는 반도체 구조물이 형성된 기판(100) 상에 제1 금속배선(102)을 형성한다. 이때, 제1 금속배선(102)은 알루미늄(Al), 구리(Cu), 텅스텐(W) 또는 백금(Pt)으로 형성할 수 있다. 바람직하게는 알루미늄(Al)으로 형성한다.
이어서, 제1 금속배선(102)을 덮도록 기판(100) 상에 층간 절연막(104)을 형성한다. 이때, 층간 절연막(104)은 산화막, 바람직하게는 실리콘이 함유된 산화 막(SiO2)으로 형성한다. 예컨대, BPSG(BoroPhosphoSilicate Glass), PSG(PhosphoSilicate Glass), BSG(BoroSilicate Glass), USG(Un-doped Silicate Glass), PE-TEOS(Plasma Enhanced-Tetra Ethyle Ortho Silicate), HDP(High Density Plasma)막 또는 FSG(Fluorinated Silicate Glass)막으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나의 막으로 형성한다. 이외에, SOG(Spin On Glass) 계열의 산화막으로 도포할 수도 있다. 또한, 전술한 막이 2층 이상 적층된 적층막으로 형성할 수도 있다. 예컨대, 적층막의 경우 SOG막/PE-TEOS막, FSG막/PE-TEOS으로 형성한다.
이어서, 도시되진 않았지만, 층간 절연막(104)에 단차가 존재하는 경우 화학적기계적연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 공정을 이용하여 평탄화할 수도 있다.
이어서, 층간 절연막(104)을 식각하여 제1 금속배선(102)이 일부 노출되는 콘택홀(106)을 형성한다. 이때, 식각공정은 건식식각 또는 습식식각공정으로 실시한다.
이어서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 콘택홀(106, 도 2a참조) 내부면을 따라 층간 절연막(104) 상에 완충막(108)을 형성한다. 이때, 완충막(108)은 질화막, 바람직하게는 실리콘질화막(SixNy, 여기서, x, y는 자연수)으로 형성한다. 이러한, 완충막(108)은 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), ALD(Atomic Layer Deposition) 또는 MOCVD(Metal Organic CVD) 방식 중 선택된 어느 하나의 증 착방식으로 형성할 수 있다.
이어서, 도 2c에 도시된 바와 같이, 암(dark) 특성을 개선하기 위한 열처리 공정(110)을 실시한다. 이때, 열처리 공정(110)은 완충막(108)을 보호막으로 사용하며, 400~700℃의 온도에서 수소(H2) 어닐링(annealing)으로 실시한다. 그리고, 수소(H2) 어닐링시 수소(H2)의 농도는 1~80%가 되도록 한다.
이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 완충막(108)을 식각하여 콘택홀(106) 내측벽에 스페이서(108A)를 형성한다. 이때, 식각공정은 건식식각 또는 습식식각공정으로 실시한다. 건식식각공정은 에치백(etch back) 또는 블랭켓(blanket) 공정 모두 가능하다.
이어서, 도 2e에 도시된 바와 같이, 콘택홀(106) 내부면을 따라 스페이서(108A), 제1 금속배선(102) 및 층간 절연막(104) 상에 장벽 금속층(112)을 형성한다. 이때, 장벽 금속층(112)은 Ti, TiN, Ta, TaN, AlSiTiN, NiTi, TiBN, ZrBN, TiAlN, TiB2, Ti/TiN 또는 Ta/TaN로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성할 수 있다.
이어서, 도 2f에 도시된 바와 같이, 콘택홀(106)이 매립되도록 장벽 금속층(112A) 상에 콘택 플러그용 도전물질을 증착한 후 에치백 또는 화학적기계적연마 공정을 실시하여 평탄화하여 콘택 플러그(114)를 형성한다. 이때, 평탄화 공정은 층간 절연막(112) 상부면이 노출될 때까지 실시한다. 즉, 평탄화 공정시 제1 층간 절연막(112)은 식각 정지막 또는 연마 정지막으로 기능한다. 이때, 콘택 플러 그(114)는 텅스텐(W) 또는 다결정실리콘막으로 형성한다. 바람직하게는 텅스텐(W)으로 형성한다.
이어서, 도 2g에 도시된 바와 같이, 콘택 플러그(114)와 접속되도록 콘택 플러그(114)와 층간 절연막(104) 상에 제2 금속배선(116)을 형성한다. 이때, 제2 금속배선(116)은 Ti/Al/TiN, Ti/Al/Ti/TiN 또는 Ti/TiN/Al/Ti/TiN로 이루어진 구조 중 어느 하나로 형성할 수 있다. 또한, 제2 금속배선(116)은 장벽 금속층/Al/장벽 금속층 구조로 형성할 수 있다. 이때, 장벽 금속층은 Ta, TaN, AlSiTiN, NiTi, TiBN, ZrBN, TiAlN, TiB2 또는 Ta/TaN로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 이렇듯, 이 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예들이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래기술에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법에서 발생되는 힐록을 도시한 도면.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 CMOS 이미지 센서의 제조방법을 도시한 공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 기판
102 : 제1 금속배선
104 : 층간 절연막
106 : 콘택홀
108 : 완충막
112 : 장벽 금속층
114 : 콘택 플러그
116 : 제2 금속배선
Claims (9)
- 제1 금속배선이 형성된 기판을 준비하는 단계;상기 제1 금속배선 상에 층간 절연막을 형성하는 단계;상기 층간 절연막을 식각하여 상기 제1 금속배선이 일부 노출되는 콘택홀을 형성하는 단계;상기 콘택홀의 내부면을 따라 상기 층간 절연막 상에 완충막을 형성하는 단계;열처리 공정을 실시하는 단계;상기 완충막을 식각하여 상기 콘택홀 내측벽에 스페이서를 형성하는 단계;상기 스페이서를 포함하는 상기 층간 절연막 상부면을 따라 장벽 금속층을 형성하는 단계; 및상기 콘택홀이 매립되도록 상기 장벽 금속층 상에 콘택 플러그를 형성하는 단계; 및상기 콘택 플러그와 접속되도록 상기 층간 절연막 상에 제2 금속배선을 형성하는 단계를 포함하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 완충막은 질화막으로 형성하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 열처리 공정은 수소(H2) 어닐링(annealing) 방식으로 실시하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 열처리 공정은 400~700℃의 온도에서 실시하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 수소(H2) 어닐링 방식에서 수소(H2)의 농도는 1~80%인 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 스페이서를 형성하는 단계는 건식식각공정 또는 습식식각공정으로 실시하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 건식식각공정은 에치백(etch back) 또는 블랭켓(blanket) 방식으로 실시하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 장벽 금속층은 Ti, TiN, Ta, TaN, AlSiTiN, NiTi, TiBN, ZrBN, TiAlN, TiB2, Ti/TiN 또는 Ta/TaN로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 제2 금속배선은 Ti/Al/TiN, Ti/Al/Ti/TiN 또는 Ti/TiN/Al/Ti/TiN로 이루어진 그룹 중에서 선택된 어느 하나로 형성하는 CMOS 이미지 센서의 제조방법.
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