KR20100062287A - Method for manufacturing an image sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 실시예는 이미지 센서의 제조 방법에 대해서 개시한다. This embodiment discloses a method of manufacturing an image sensor.
일반적으로, 이미지 센서(Image sensor)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로써, 크게, 전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)와 씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)로 구분된다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal, and is generally a charge coupled device (CCD) and CMOS metal (Complementary Metal Oxide Silicon) image. It is divided into Image Sensor.
상기 전하 결합 소자(charge coupled device: CCD)는 빛의 신호를 전기적 신호로 변환하는 복수개의 포토 다이오드(Photo diode; PD)가 매트릭스 형태로 배열되고, 상기 매트릭스 형태로 배열된 각 수직 방향의 포토 다이오드 사이에 형성되어 상기 각 포토 다이오드에서 생성된 전하를 수직방향으로 전송하는 복수개의 수직 방향 전하 전송 영역(Vertical charge coupled device; VCCD)과, 상기 각 수직 방향 전하 전송 영역에 의해 전송된 전하를 수평방향으로 전송하는 수평방향 전하 전송영역(Horizontal charge coupled device; HCCD) 및 상기 수평방향으로 전송된 전하를 센싱하여 전기적인 신호를 출력하는 센스 증폭기(Sense Amplifier)를 구비하여 구성된 것이다.In the charge coupled device (CCD), a plurality of photo diodes (PDs) for converting a signal of light into an electrical signal are arranged in a matrix form, and the photo diodes in each vertical direction arranged in the matrix form. A plurality of vertical charge coupled device (VCCD) formed between the plurality of vertical charge coupled devices (VCCD) for vertically transferring charges generated in each photodiode, and horizontally transferring charges transferred by the respective vertical charge transfer regions; And a sense amplifier for outputting an electrical signal by sensing the charge transferred in the horizontal direction.
그러나, 이와 같은 CCD는 구동 방식이 복잡하고, 전력 소비가 클 뿐만 아니라, 다단계의 포토 공정이 요구되므로 제조 공정이 복잡한 단점을 갖고 있다.However, such a CCD has a disadvantage in that the manufacturing method is complicated because the driving method is complicated, the power consumption is large, and the multi-step photo process is required.
또한, 상기 전하 결합 소자는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로(A/D converter) 등을 전하 결합 소자 칩에 집적시키기가 어려워 제품의 소형화가 곤란한 단점을 갖는다.In addition, the charge coupling device has a disadvantage in that it is difficult to integrate a control circuit, a signal processing circuit, an analog / digital converter (A / D converter), and the like into a charge coupling device chip, which makes it difficult to miniaturize a product.
최근에는 상기 전하 결합 소자의 단점을 극복하기 위한 차세대 이미지 센서로서 씨모스 이미지 센서가 주목을 받고 있다.Recently, CMOS image sensors have attracted attention as next generation image sensors for overcoming the disadvantages of the charge coupled device.
상기 씨모스 이미지 센서는 제어회로 및 신호처리회로 등을 주변회로로 사용하는 씨모스 기술을 이용하여 단위 화소의 수량에 해당하는 모스 트랜지스터들을 반도체 기판에 형성함으로써 상기 모스 트랜지스터들에 의해 각 단위 화소의 출력을 순차적으로 검출하는 스위칭 방식을 채용한 소자이다.The CMOS image sensor uses CMOS technology that uses a control circuit, a signal processing circuit, and the like as peripheral circuits to form MOS transistors corresponding to the number of unit pixels on a semiconductor substrate, thereby forming the MOS transistors of each unit pixel. The device adopts a switching method that sequentially detects output.
상기 씨모스 이미지 센서는 씨모스 제조 기술을 이용하므로 적은 전력 소모, 적은 포토공정 스텝에 따른 단순한 제조공정 등과 같은 장점을 갖는다.The CMOS image sensor has advantages, such as a low power consumption, a simple manufacturing process according to a few photoprocess steps, by using CMOS manufacturing technology.
또한, 상기 씨모스 이미지 센서는 제어회로, 신호처리회로, 아날로그/디지털 변환회로 등을 씨모스 이미지 센서 칩에 집적시킬 수가 있으므로 제품의 소형화가 용이하다는 장점을 갖고 있다.In addition, since the CMOS image sensor can integrate a control circuit, a signal processing circuit, an analog / digital conversion circuit, and the like into the CMOS image sensor chip, the CMOS image sensor has an advantage of easy miniaturization.
따라서, 상기 씨모스 이미지 센서는 현재 디지털 정지 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라 등과 같은 다양한 응용 부분에 널리 사용되고 있다.Therefore, the CMOS image sensor is currently widely used in various application parts such as a digital still camera, a digital video camera, and the like.
이러한 씨모스 이미지 센서는 실리콘 웨이퍼에 대하여 이온 주입, 박막 증착등의 수많은 공정을 실행한 다음에, 그 두께를 얇게하기 위하여 웨이퍼의 백그라인딩 공정을 수행하고, 웨이퍼를 소잉(sawing)하여 개별 반도체 소자로 형성한다. 그리고, 모듈화를 통화여 제품화된다. The CMOS image sensor performs numerous processes such as ion implantation and thin film deposition on a silicon wafer, and then performs backgrinding of the wafer in order to reduce its thickness, sawing the wafer, and then sawing the individual semiconductor devices. To form. And, modularization is made into currency.
그런데, 이때 실리콘 웨이퍼에 이온 주입과 박막 증착등의 수많은 공정을 진행하기 위한 과정부터 소잉 공정이전까지 공정 진행시간이 길어지게 되면, 본딩 패드 오염과 같은 문제가 발생하기도 한다. However, in this case, when the process progression time is increased from the process for carrying out numerous processes such as ion implantation and thin film deposition to the silicon wafer before the sawing process, problems such as bonding pad contamination may occur.
왜냐하면, 생산라인에서와 같이 온도 및 습도의 제어가 잘되지 않는 상태에서, 백그라인딩 공정이 진행되면, 대기 및 백그라인드시 사용되는 케미컬에 노출되는 본딩 패드는 다양한 형태로 산화된다. Because, in the state of poor temperature and humidity control as in the production line, when the backgrinding process is carried out, the bonding pads exposed to the atmosphere and the chemicals used in the backgrinding are oxidized in various forms.
이와 같은 경우, 산화된 본딩 패드에 의하여 와이어 본딩이 원활히 이루어지지 않기 때문에, 결국에는 제품화가 불가능한 모든 웨이퍼를 스크랩하여야 한다. In such a case, since wire bonding is not performed smoothly by the oxidized bonding pads, all wafers that cannot be commercialized eventually have to be scrapped.
일반적으로, 와이어 본딩에 관하여 웨이퍼의 불량이 발생하는 원인은 웨이퍼 상의 금속 패드의 오염이다. Generally, the cause of wafer defects with respect to wire bonding is contamination of the metal pads on the wafer.
도 1 및 도 2에는 금속 패드가 산화되기 이전과 이후에 산화막이 형성되어 있는 두께를 비교하기 위한 그래프가 도시되어 있다. 1 and 2 show graphs for comparing thicknesses of oxide films formed before and after metal pads are oxidized.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 금속 패드(Al)가 산화되기 이전에는 금속 패드 상에 산화막이 49Å두께로 형성되지만, 금속 패드(Al)에 산화가 이루어진 다 음에는 그 산화막 두께가 두 배에 가까운 99Å로 나타난다. As shown in FIGS. 1 and 2, before the metal pad Al is oxidized, an oxide film is formed to have a thickness of 49 kPa on the metal pad. It appears as 99Å near the ship.
따라서, 이미지 센서의 수율을 향상시키기 위해서는, 금속 패드상에 형성되는 산화막을 제거하기 위한 방법이 필요하다. Therefore, in order to improve the yield of the image sensor, a method for removing the oxide film formed on the metal pad is needed.
본 실시예는 상기되는 문제점을 해결하기 위하여 제안되는 것으로서, 금속 패드의 오염물 또는 산화막을 제거함으로써, 이미지 센서의 수율을 향상시키기 위한 이미지 센서의 제조 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다. The present embodiment is proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to propose a method of manufacturing an image sensor for improving the yield of an image sensor by removing contaminants or oxide films of a metal pad.
본 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법은 반도체 기판에 액티브 영역과 패드 영역을 구분하고, 상기 패드 영역에 금속 패드를 형성하는 단계; 상기 금속 패드를 포함하는 기판 상에 보호막을 형성하는 단계; 상기 금속 패드의 표면이 노출되도록 상기 보호막을 선택적으로 제거하여, 패드 오픈부를 형성하는 단계; 상기 반도체 기판 상에 평탄화층을 형성하는 단계; 상기 평탄화 층 상에, 칼라필터층과 마이크로 렌즈를 형성하는 단계; 및 상기 금속 패드 표면에 대해서, 현상액을 이용한 오염물 제거 공정을 수행하거나 습식 식각 공정을 수행하는 단계;를 포함한다. According to an embodiment, there is provided a method of manufacturing an image sensor, the method comprising: separating an active region and a pad region on a semiconductor substrate, and forming a metal pad in the pad region; Forming a protective film on the substrate including the metal pad; Selectively removing the passivation layer to expose a surface of the metal pad to form a pad opening; Forming a planarization layer on the semiconductor substrate; Forming a color filter layer and a micro lens on the planarization layer; And performing a contaminant removal process using a developer or a wet etching process on the surface of the metal pad.
그리고, 상기 현상액은 TMAH 용액을 이용하고, 이때의 TMAH 용액을 이용한 오염물 제거 공정은 125초 내지 150초 동안 수행되는 것을 특징으로 한다. In addition, the developer uses a TMAH solution, wherein the contamination removal process using the TMAH solution is performed for 125 seconds to 150 seconds.
그리고, 상기 금속 패드 표면에 대한 습식 식각 공정은 18초 내지 27초 동안 수행되는 것을 특징으로 한다. In addition, the wet etching process on the surface of the metal pad may be performed for 18 seconds to 27 seconds.
제안되는 바와 같은 이미지 센서의 제조 방법에 의해서, 금속 패드의 표면에 형성될 수 있는 오염물이나 산화물을 간단한 공정에 의하여 제거할 수 있으므로, 제조되는 이미지 센서의 수율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. By the method of manufacturing an image sensor as proposed, since contaminants or oxides that may be formed on the surface of the metal pad can be removed by a simple process, there is an advantage of improving the yield of the image sensor to be manufactured.
이하에서는, 본 실시예에 대하여 첨부되는 도면을 참조하여 상세하게 살펴보도록 한다. 다만, 본 실시예가 개시하는 사항으로부터 본 실시예가 갖는 발명의 사상의 범위가 정해질 수 있을 것이며, 본 실시예가 갖는 발명의 사상은 제안되는 실시예에 대하여 구성요소의 추가, 삭제, 변경등의 실시변형을 포함한다고 할 것이다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings for the present embodiment will be described in detail. However, the scope of the idea of the present invention may be determined from the matters disclosed by the present embodiment, and the idea of the invention of the present embodiment may be performed by adding, deleting, or modifying components to the proposed embodiment. It will be said to include variations.
그리고, 이하의 설명에서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다. 그리고, 첨부되는 도면에는 레이어 또는 각 영역을 명확하게 표현하기 위하여 확대되어 도시된다. 그리고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 층, 막, 영역, 판등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.In the following description, the word 'comprising' does not exclude the presence of other elements or steps than those listed. In addition, the accompanying drawings are enlarged in order to clearly express the layers or the respective regions. In addition, the same reference numerals are used for similar parts throughout the specification. When a part of a layer, film, region, plate, etc. is said to be "on" another part, this includes not only the other part being "right over" but also another part in the middle.
도 3 내지 도 7은 본 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 3 to 7 are views for explaining the manufacturing method of the image sensor according to the present embodiment.
먼저, 도 3을 참조하면, 반도체 기판(200)에 게이트 절연막 또는 층간 절연막 등의 절연막(201)(예를 들면 산화막)을 형성하고, 상기 절연막(201)위에 각 신호 라인의 금속 패드(202)를 형성한다.First, referring to FIG. 3, an insulating film 201 (for example, an oxide film) such as a gate insulating film or an interlayer insulating film is formed on a
이 때, 상기 금속 패드(202)는 게이트 전극과 동일 물질로 동일 층에 형성될 수 있고, 별도의 콘택을 통해 다른 물질로 형성될 수 있으며, 대부분 알루미늄(Al) 으로 형성된다.In this case, the
여기서, 상기 반도체 기판(200)은 액티브 영역과 패드 영역으로 정의되어 있고, 상기 반도체 기판(200)의 패드 영역에는 상기와 같이 금속 패드(202)가 형성되며, 상기 액티브 영역에는 이후 칼라필터층 및 마이크로렌즈들이 형성되고 있다.Here, the
그리고, 상기 금속 패드(202)를 포함한 상기 절연막(201) 전면에 보호막(203)을 형성한다. 여기서 상기 보호막(203)은 산화막 또는 질화막 등으로 형성한다.A
그 다음, 도 4를 참조하면, 상기 보호막(203)위에 감광막(204)을 도포하고, 노광 및 현상하여 상기 금속 패드(202) 상측부분이 노출되도록 패터닝한다.Next, referring to FIG. 4, the photoresist 204 is coated on the
그리고, 상기 패터닝된 감광막(204)을 마스크로 이용하여 상기 보호막(103)을 선택적으로 식각하여 상기 금속 패드(202)에 패드 오픈부(205)를 형성한다.The protective layer 103 is selectively etched using the patterned photoresist 204 as a mask to form a pad opening 205 in the
그 다음, 도 5를 참조하면, 상기 감광막(104)을 제거하고, 상기 패드 오픈부(205)를 포함한 보호막(203)의 전면에 실리콘 질화막 또는 실리콘산화질화막을 증착하여 제 1 평탄화층(206)을 형성한다.Next, referring to FIG. 5, the
그리고, 상기 제 1 평탄화층(206)상에 각 포토다이오드 영역(도면에는 도시되지 않음)에 상응하도록 칼라 필터층(207)을 형성한다.A
여기서, 상기 각 칼라 필터층 형성 방법은, 해당 칼라 레지스트를 도포하고 별도의 마스크를 이용한 사진 식각 공정으로 각 칼라 필터층을 형성한다.Here, each of the color filter layer forming methods may apply the color resist and form each color filter layer by a photolithography process using a separate mask.
그 다음, 도 6을 참조하면, 상기 각 칼라 필터층(207)을 포함한 기판 전면에 제 2 평탄화층(208)을 형성한다.Next, referring to FIG. 6, a
그리고, 포토 및 식각 공정으로 상기 금속 패드 부분을 제외한 영역에만 남도록 상기 제 2 평탄화층(208) 및 제 1 평탄화층(206)을 선택적으로 식각한다.In addition, the
그 다음, 도 7을 참조하면, 상기 제 2 평탄화층(208)상에 마이크로렌즈용 레지스트층을 도포하고, 노광 및 현상하여 마이크로렌즈 패턴을 형성하고, 상기 마이크로렌즈 패턴을 소정온도에 리플로우하여 상기 각 칼라 필터층(207)에 대응하도록 반구형의 마이크로렌즈(208)를 형성한다.Next, referring to FIG. 7, a microlens resist layer is coated on the
그리고, 상기 금속 패드(202)에 대해서, 오염물 또는 산화막을 제거하기 위한 공정을 수행한다. In addition, a process for removing contaminants or oxide films is performed on the
즉, 본 실시예에 따라 상기 금속 패드(202)에 형성될 수 있는 오염물 또는 산화물을 제거하기 위한 목적으로서, 현상액으로 사용되던 TMAH(TeraMethyl Ammonium Hydroxide) 용액을 이용한다. That is, in order to remove contaminants or oxides that may be formed in the
특히, 상기 TMAH 용액을 이용한 금속 패드(202)의 오염물 제거는 125sec 내지 150sec 범위동안 수행될 경우에 효과적이다. In particular, contaminant removal of the
그리고, 상기 금속 패드(202)에 형성된 산화막을 제거하기 위한 공정으로서, 상기 금속 패드(202)의 상부면에 대해서 습식 식각을 진행한 다음에 상기 TMAH 용액을 이용한 오염물 제거 공정을 더 수행할 수 있다. In addition, as a process for removing the oxide film formed on the
이 경우, 상기 금속 패드(202)의 상부면에 형성된 산화막을 제거하기 위한 습식 식각 공정은 18sec 내지 27sec동안 수행되고, TMAH 용액을 이용한 오염물 제거 공정은 전술한 바와 같이 125sec 내지 150sec 범위동안 수행될 수 있다. In this case, the wet etching process for removing the oxide film formed on the upper surface of the
상기 TMAH 용액을 이용한 오염물 제거와 산화막의 습식 식각 공정에 대한 공 정 시간에 대해서는, 아래의 표를 참조하여 보기로 한다. For the process time for the removal of contaminants using the TMAH solution and the wet etching process of the oxide film, see the table below.
＼
TMAHETCH
＼
TMAH
BASE
BASE
15sec
15 sec
18sec
18sec
21sec
21sec
27sec
27sec
표 1은 도 3 내지도 7에 도시된 방법과 같이 금속 패드를 형성한 다음에, 실시예에 따른 TMAH 용액을 이용한 오염물 제거 공정과, 산화막 습식 식각 공정을 수행하지 않은 경우가 #01이 되고, #02 부터 #08까지는 TMAH 용액을 이용한 오염물 제거 공정의 시간을 50초부터 150초까지 사용한 경우에 각각의 동일한 시편에서 관찰되는 오염물질의 개수를 나타낸다. Table 1 shows a case where a metal pad is formed as in the method shown in FIGS. 3 to 7, and then a contaminant removal process using a TMAH solution and an oxide wet etching process are not performed. # 02 to # 08 show the number of contaminants observed on each same specimen when the time for the decontamination process with TMAH solution was used from 50 to 150 seconds.
그리고, 금속 패드의 상부면에 대한 습식 식각 공정 시간을 15초부터 27초까지 진행해가면서, 금속 패드의 상면에 오염물질이 남아있는 개수를 실험한 결과도 함께 나타나 있다. In addition, the wet etching process time for the upper surface of the metal pad is progressed from 15 seconds to 27 seconds while the number of contaminants remaining on the upper surface of the metal pad is also shown.
위의 표 1에서 보듯이, TMAH 용액을 이용한 오염물 제거 공정을 125초 이상 150초까지 사용할 경우에는, 금속 패드의 상면에 오염물이 거의 존재하지 않게 되는 것을 알 수 있다. As shown in Table 1 above, when the contamination removal process using the TMAH solution is used for more than 125 seconds to 150 seconds, it can be seen that almost no contamination on the upper surface of the metal pad.
또한, 금속 패드 상에 형성된 산화막을 제거하기 위한 습식 공정을 18초 내지 27초 동안 수행할 경우에도, 금속 패드 상에 오염물질의 개수가 거의 존재하지 않게 되는 것을 알 수 있다. In addition, even when the wet process for removing the oxide film formed on the metal pad is performed for 18 seconds to 27 seconds, it can be seen that the number of contaminants is hardly present on the metal pad.
그 다음, 도시되어 있지는 않지만, 이와 같이 제조된 이미지 센서의 각 금속 패드(202)의 프로브 테스트(probe test)하여 접촉저항을 체크한후, 이상이 없으면 외부 구동회로와 상기 금속 패드를 전기적으로 연결시킨다.Next, although not shown, a probe test of each
도 1 및 도 2는 금속 패드가 산화되기 이전과 이후에 산화막이 형성되어 있는 두께를 비교하기 위한 그래프. 1 and 2 are graphs for comparing the thickness of the oxide film is formed before and after the metal pad is oxidized.
도 3 내지 도 7은 본 실시예에 따른 이미지 센서의 제조 방법을 설명하기 위한 도면. 3 to 7 are views for explaining the manufacturing method of the image sensor according to the present embodiment.
Claims (4)
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| KR1020080120853A KR20100062287A (en) | 2008-12-02 | 2008-12-02 | Method for manufacturing an image sensor |
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