KR20100078364A - Image sensor and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An image sensor and a method for manufacturing the same are provided to prevent the contact failure in the pad region of a metal thin film layer by depositing a metal layer, which is composed of a titanium nitride, in the pad region. CONSTITUTION: A planarized oxide film(100) with a contact(110), which is formed in a via, is formed on a substrate. A first metal layer is deposited on a region of the oxide film excluding a contact formed region. A second metal layer(300) is formed on the contact formed region. The first metal layer includes titanium. The second metal layer includes either of a titanium nitride or a titanium nitride alloy. An aluminum layer is deposited on the second metal layer.

Description

이미지 센서 및 그 제조방법{Image Sensor and Method for Manufacturing the Same}Image Sensor and Method for Manufacturing the Same

실시예는 이미지 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.Embodiments relate to an image sensor and a method of manufacturing the same.

씨모스(CMOS; Complementary Metal Oxide Silicon) 이미지 센서(Image Sensor)(CIS)는 광학적 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자이다. Complementary Metal Oxide Silicon (CMOS) image sensor (CIS) is a semiconductor device that converts an optical image into an electrical signal.

이미지 센서 제품은 SM(stress migration), EM(electro migration) 등의 전기적 특성 향상과 공정의 안정성 및 신뢰성을 확보하기 위해, 포토다이오드 및 회로구성이 형성된 반도체 기판의 밑면에 금속 박막층을 형성하도록 하고 있다.In order to improve electrical characteristics such as stress migration (SM) and electron migration (EM), and to secure process stability and reliability, an image sensor product forms a metal thin film layer on the bottom surface of a semiconductor substrate on which photodiodes and circuit configurations are formed. .

이러한, 이미지 센서에 형성된 금속 박막층은, Al 층, Ti 층, TiN 층 등을 포함하는 복수개의 금속층으로 구성된다. 특히, Ti는 금속 EM 특성의 향상을 위한 매우 중요한 금속층으로, 기판에 직접 접촉되도록 형성되며, Ti층 다음 층은 다른 금속 박막층이 형성된다.Such a metal thin film layer formed on the image sensor is composed of a plurality of metal layers including an Al layer, a Ti layer, a TiN layer, and the like. In particular, Ti is a very important metal layer for improving the metal EM properties, and is formed to be in direct contact with the substrate, and another layer of the metal thin film is formed after the Ti layer.

그런데, 금속 박막층을 구성하는 각 금속 및 옥사이드(Oxide)들은 각기 상이한 열팽창 계수를 갖고 있다. 이에, 이미지 센서 제조 시 열처리 공정이 수행되 는 경우, 각 금속 박막층 사이의 열팽창 차이 때문에 금속 박막층이 휘는 현상이 일어날 수 있다. 이 때문에, 기판의 패드영역의 메탈이 부풀어 올라, 기판의 하부 레이어와 금속 박막층이 접촉되지 않게 되어, 패드부분의 전기적 특성을 하락시켜 이미지 센서 제품의 불량을 야기하는 주요한 원인으로 작용하고 있다. However, the metals and oxides constituting the metal thin film layer have different coefficients of thermal expansion. Thus, when the heat treatment process is performed when the image sensor is manufactured, the metal thin film layer may be bent due to the difference in thermal expansion between the metal thin film layers. For this reason, the metal of the pad region of the substrate swells up, and the lower layer of the substrate and the metal thin film layer do not come into contact with each other, thereby degrading the electrical properties of the pad portion and acting as a major cause of the defect of the image sensor product.

실시예는 기판의 밑면에 형성되는 금속 박막층의 패드영역에서의 접촉 불량현상을 방지하는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공한다.The embodiment provides an image sensor and a method of manufacturing the same for preventing contact failure in the pad region of the metal thin film layer formed on the bottom surface of the substrate.

실시예에 의한 이미지 센서는, 평탄화된 산화막에 비아(via)에 형성된 콘택(contact)을 갖는 기판과; 상기 산화막 상에서 상기 콘택이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역에 증착되는 제1금속층과; 상기 제1금속층과 상기 산화막의 상기 콘택이 형성된 영역에 증착되는 제2금속층을 포함한다.An image sensor according to the embodiment includes a substrate having a contact formed in a via on a planarized oxide film; A first metal layer deposited on the oxide layer except for a region where the contact is formed; And a second metal layer deposited on a region where the contact of the first metal layer and the oxide film is formed.

실시예에 의한 이미지 센서의 제조방법은, 평탄화된 산화막에 비아(via)에 형성된 콘택(contact)을 갖는 기판에 제1금속층을 증착하는 단계와; 상기 산화막 상에서 상기 콘택이 형성된 영역에 해당하는 제1금속층 영역을 제거하는 단계와; 상기 제1금속층과 상기 산화막의 상기 콘택이 형성된 영역에 제2금속층을 증착하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing an image sensor according to an embodiment includes: depositing a first metal layer on a substrate having contacts formed in vias in a planarized oxide film; Removing a first metal layer region corresponding to a region where the contact is formed on the oxide film; And depositing a second metal layer in a region where the contact between the first metal layer and the oxide film is formed.

실시예에 의하면, 기판의 밑면에 형성되는 금속 박막층의 패드영역에서의 접촉 불량현상을 방지하는 이미지 센서 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.According to the embodiment, it is possible to provide an image sensor and a method of manufacturing the same, which prevents poor contact in the pad region of the metal thin film layer formed on the bottom surface of the substrate.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 실시예에 따른 이미지 센서 및 그 제조방법에 대해서 상세하게 설명한다. 다만, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 기 능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, an image sensor and a manufacturing method thereof according to an embodiment will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in describing the embodiments, when it is determined that a detailed description of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, detailed description thereof will be omitted.

또한, 실시 예를 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.In addition, in describing the embodiments, each layer (film), region, pattern, or structure may be “on” or “under” a substrate, each layer (film), region, pad, or pattern. In the case of being described as being formed "in", "on" and "under" include both "directly" or "indirectly" formed. . Also, the criteria for top, bottom, or bottom of each layer will be described with reference to the drawings.

실시예에 따른 이미지센서의 제조방법을 도 1 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명한다.A method of manufacturing an image sensor according to an embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5.

도 1에 도시된 바와 같이, 이미지센서의 픽셀영역 및 로직영역(미도시) 등이 형성된 반도체 기판의 평탄화된 산화막(oxide)(100)에는, 복수개의 비아(via)에 형성된 콘택(contact)(110)과, 각 콘택(110) 사이의 절연을 위한 IMD(inter metal dielectric)(120)가 형성되어 패드영역(210)이 정의된다.As illustrated in FIG. 1, a contact formed on a plurality of vias may be formed in a planarized oxide 100 of a semiconductor substrate on which a pixel region and a logic region (not shown) of an image sensor are formed. 110 and an inter metal dielectric (IMD) 120 for insulation between each contact 110 is formed to define a pad region 210.

이러한 패드영역(210)이 형성된 평탄한 산화막(100)의 표면에는 도 2에 도시된 바와 같이 제1금속층(200)이 형성된다. 제1금속층(200)은 콘택(110)을 포함한 산화막(100)에 형성되며, 제1금속층(200)으로는 EM 특성 향상을 위해 중요한 구성인 Ti 층이 형성될 수 있다. Ti를 이용한 제1금속층(200)은 CVD 등의 증착법을 이용하여 형성할 수 있다.The first metal layer 200 is formed on the surface of the flat oxide film 100 having the pad region 210 as shown in FIG. 2. The first metal layer 200 is formed on the oxide film 100 including the contact 110, and the Ti layer, which is an important component for improving EM characteristics, may be formed as the first metal layer 200. The first metal layer 200 using Ti may be formed using a deposition method such as CVD.

제1금속층(200)을 형성한 후에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 패드영역(210)에 대응되는 제1금속층(200a)을 제거한다. 제1금속층(200)은 포토(photo)과정을 거 쳐 건식 식각(dry etch)을 이용하여 패드영역(210)에 대응되는 제1금속층(200a)을 제거하는 것이 가능하다. 제1금속층(200)에 대한 선택적인 식각이 완료되면, 패드가 형성되지 않은 영역에는 제1금속층(200)이 잔존하여 EM 특성을 향상시킬 수 있고, 패드영역(210)의 제1금속층(200a)은 제거되어 콘택(110)이 노출된다. After the first metal layer 200 is formed, as illustrated in FIG. 3, the first metal layer 200a corresponding to the pad region 210 is removed. The first metal layer 200 may remove the first metal layer 200a corresponding to the pad region 210 by using a dry etch through a photo process. When the selective etching of the first metal layer 200 is completed, the first metal layer 200 may remain in the region where the pad is not formed to improve EM characteristics, and the first metal layer 200a of the pad region 210 may be improved. ) Is removed to expose contact 110.

이 후, 도 4에 도시된 바와 같이, 패드영역(210)이 제거된 제1금속층(200) 상에 제2금속층(300)을 평탄하게 형성한다. 제2금속층(300)은 TiN을 증착하여 형성할 수 있으며, 제1금속층(200)의 두께가 크지 않기 때문에 TiN을 증착하는 것 만으로도 비교적 평탄한 형상을 갖는 제2금속층(300)을 증착할 수 있다. 증착된 제2금속층(300)은 잔존하는 제1금속층(200)의 상부면과, 제1금속층(200a)이 제거된 패드영역(210)에 형성되어, 패드영역(210)의 콘택(110) 및 산화막(100)은 제2금속층(300)과 직접 접촉하게 된다. Subsequently, as shown in FIG. 4, the second metal layer 300 is formed flat on the first metal layer 200 from which the pad region 210 is removed. The second metal layer 300 may be formed by depositing TiN, and since the thickness of the first metal layer 200 is not large, only the TiN may be deposited to deposit the second metal layer 300 having a relatively flat shape. . The deposited second metal layer 300 is formed on the upper surface of the remaining first metal layer 200 and the pad region 210 from which the first metal layer 200a is removed, and the contact 110 of the pad region 210 is formed. And the oxide film 100 is in direct contact with the second metal layer 300.

이 후, 도 5에 도시된 바와 같이, 평탄화된 제2금속층(300) 위에, 제3 내지 제5금속층(400, 250, 350)을 형성한다. 제3금속층(400)은 Al 혹은, Al 합금으로 구성되고, 제4금속층(250)은 Ti로 구성될 수 있으며, 제5금속층(350)은 TiN 혹은, TiN 합금으로 구성될 수 있다.Thereafter, as illustrated in FIG. 5, third to fifth metal layers 400, 250, and 350 are formed on the planarized second metal layer 300. The third metal layer 400 may be made of Al or an Al alloy, the fourth metal layer 250 may be made of Ti, and the fifth metal layer 350 may be made of TiN or a TiN alloy.

산화막(100) 위에 형성된 제1 내지 제5금속층(200, 300, 400, 250, 350)은, Al(혹은, Al 합금), Ti, TiN(혹은, TiN 합금)을 포함하고 있다. 제3금속층(400)을 형성하는 Al은 메탈 소스(Metal Source)로 사용되고, Al로 구성된 제3금속층(400)의 전 후로 제1금속층(200) 및 제2금속층(300)과, 제4금속층(250) 및 제5금속층(350)을 증착함으로써 SM(stress migration), EM(electro migration) 등의 전기 적 특성을 향상시키고 공정의 안정성 및 신뢰성을 확보하게 된다. Ti 재질의 제1금속층(200)과 TiN 재질의 제2금속층(300)은 산화막(100)과 Al 금속층(400) 간의 유착을 향상시키고 뱀부 스트럭쳐(Bamboo Structure)를 방지할 수 있다. The first to fifth metal layers 200, 300, 400, 250, and 350 formed on the oxide film 100 include Al (or Al alloy), Ti, TiN (or TiN alloy). Al forming the third metal layer 400 is used as a metal source, and before and after the third metal layer 400 made of Al, the first metal layer 200 and the second metal layer 300, and the fourth metal layer. By depositing the 250 and the fifth metal layer 350, electrical characteristics such as stress migration (SM) and electro migration (EM) are improved, and stability and reliability of the process are secured. The first metal layer 200 made of Ti and the second metal layer 300 made of TiN may improve adhesion between the oxide film 100 and the Al metal layer 400 and may prevent a bamboo structure.

여기서, 제1금속층(200)을 구성하는 Ti는 Al 금속층(400)의 EM을 향상시키기 위한 필수 구성이다. 그런데, Al(or Al 합금)의 열팽창 계수는 13.7이고, TiN(or TiN합금)의 열팽창 계수는 13으로 유사한데 반해, 제1금속층(200)을 형성하는 Ti는 열팽창 계수가 4.8로 큰 차이를 보인다. 이에, 제1 내지 제5금속층(200, 300, 400, 250, 350) 형성 후 열처리 공정을 수행하는 경우, Ti로 구성된 제1금속층(200)은 제2금속층(300), 제3금속층(400) 등의 다른 금속층과는 팽창 정도에 큰 차이가 있어, 제1 내지 제5금속층(200, 300, 400, 250, 350)이 산화막(100)으로부터 부풀어 오르거나 비틀어질 수 있다. 이에, 제1금속층(200)이 산화막(100)에서 분리되거나 접촉이 불량해져 패드부분의 전기적 특성을 저하시켜 이미지 센서의 불량을 초례 하게 된다.Here, Ti constituting the first metal layer 200 is an essential configuration for improving EM of the Al metal layer 400. By the way, the thermal expansion coefficient of Al (or Al alloy) is 13.7 and the thermal expansion coefficient of TiN (or TiN alloy) is similar to 13, whereas Ti forming the first metal layer 200 has a large thermal expansion coefficient of 4.8. see. Thus, when the heat treatment process is performed after the formation of the first to fifth metal layers 200, 300, 400, 250, and 350, the first metal layer 200 made of Ti includes the second metal layer 300 and the third metal layer 400. There is a large difference in degree of expansion from other metal layers such as), and the first to fifth metal layers 200, 300, 400, 250, and 350 may swell or twist from the oxide film 100. Thus, the first metal layer 200 is separated from the oxide film 100 or the contact is poor, thereby lowering the electrical characteristics of the pad portion, thereby causing a defect of the image sensor.

이에, 본 실시예는 산화막(100) 및 콘택(110) 부분과 직접 접촉되지만 다른 금속들과 열팽창 계수의 차이가 큰 Ti층을 패드영역(210)에서 제거하고, 대신, TiN(or TiN합금)으로 구성된 제2금속층(300)이 패드영역(210)에 증착되도록 하고 있다. 이에, SM, EM 등의 전기적 특성을 향상시키고 공정의 안전성 및 신뢰성을 확보하는 한편, 패드영역(210)에서의 접촉 분량을 방지할 수 있다. Therefore, in the present embodiment, the Ti layer having direct contact with the oxide film 100 and the contact 110 portion but having a large difference in thermal expansion coefficient with other metals is removed from the pad region 210, and instead, TiN (or TiN alloy) is removed. The second metal layer 300 is formed on the pad region 210. Accordingly, the electrical characteristics of the SM, EM, and the like can be improved, and the safety and reliability of the process can be secured, while the amount of contact in the pad region 210 can be prevented.

이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실 시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 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. Although the above has been described with reference to the embodiments, these are merely examples and are not intended to limit the present invention. Those skilled in the art to which the present invention pertains should not be exemplified above unless they depart from the essential characteristics of the present embodiments. It will be understood that various modifications and applications are possible. For example, each component specifically shown in the embodiment can be modified. And differences relating to such modifications and applications will have to be construed as being included in the scope of the invention defined in the appended claims.

도 1내지 도 5는 실시예에 따른 이미지센서의 제조방법의 공정단면도.1 to 5 are cross-sectional views of a manufacturing method of an image sensor according to an embodiment.

Claims (9)

평탄화된 산화막에 비아(via)에 형성된 콘택(contact)을 갖는 기판과;A substrate having contacts formed in vias in the planarized oxide film; 상기 산화막 상에서 상기 콘택이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역에 증착되는 제1금속층과;A first metal layer deposited on the oxide layer except for a region where the contact is formed; 상기 제1금속층과 상기 산화막의 상기 콘택이 형성된 영역에 증착되는 제2금속층을 포함하는 이미지 센서.And a second metal layer deposited in a region where the contact of the first metal layer and the oxide film is formed. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1금속층은 Ti를 포함하는 이미지 센서.The first metal layer is Ti image sensor. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2금속층은, TiN과 TiN 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 이미지 센서.The second metal layer, at least any one of TiN and TiN alloy. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제2금속층에 증착되는 Al층을 포함하는 이미지 센서.And an Al layer deposited on the second metal layer. 평탄화된 산화막에 비아(via)에 형성된 콘택(contact)을 갖는 기판에 제1금속층을 증착하는 단계와;Depositing a first metal layer on a substrate having contacts formed in vias in the planarized oxide film; 상기 산화막 상에서 상기 콘택이 형성된 영역에 해당하는 제1금속층 영역을 제거하는 단계와;Removing a first metal layer region corresponding to a region where the contact is formed on the oxide film; 상기 제1금속층과 상기 산화막의 상기 콘택이 형성된 영역에 제2금속층을 증착하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.And depositing a second metal layer in a region where the contact between the first metal layer and the oxide film is formed. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제1금속층은 Ti를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.The first metal layer is a manufacturing method of an image sensor containing Ti. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 산화막 상에서 상기 콘택이 형성된 영역에 해당하는 제1금속층 영역을 제거하는 단계는,Removing the first metal layer region corresponding to the region where the contact is formed on the oxide film, 상기 포토 공정을 이용한 건식 식각 방식으로 상기 콘택이 형성된 영역에 해당하는 제1금속층 영역을 제거하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.And removing a first metal layer region corresponding to a region where the contact is formed by a dry etching method using the photo process. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 제1금속층과 상기 산화막의 상기 콘택이 형성된 영역에 제2금속층을 증착하는 단계는,Depositing a second metal layer in a region where the contact between the first metal layer and the oxide film is formed, TiN과 TiN 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 상기 제2금속층을 상기 제1금속층 및 상기 콘택이 형성된 영역에 평탄하게 증착하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.And depositing the second metal layer including at least one of TiN and a TiN alloy on a region in which the first metal layer and the contact are formed. 제8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 제2금속층 상에 Al층을 증착하는 단계를 포함하는 이미지 센서의 제조방법.And depositing an Al layer on the second metal layer.
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