KR100593162B1 - 이미지센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서(CMOS 이미지센서 또는 CCD)에 범프를 형성함에 있어, 범프 공정시 마이크로렌즈가 손상을 입거나 변형되는 것을 방지하고 아울러 범프 공정시 파티클이 발생되더라도 그 파티클의 제거가 용이한 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있는 바, 이를 위한 본 발명의 이미지센서는, 기판상에 형성된 포토다이오드를 포함하는 소자들 및 소자보호막; 상기 소자보호막 상부에 형성된 마이크로렌즈; 상기 마이크로렌즈 상에 형성되어 범프 공정으로 부터 상기 마이크로렌즈를 보호하기 위한 마이크로렌즈보호막; 상기 마이크로렌즈보호막 및 상기 소자보호막이 식각되어 형성된 패드오픈부; 및 상기 패드오픈부에 형성된 범프를 포함한다.
이미지센서, 마이크로렌즈, 범프, 보호절연막, 저온
Description
도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따른 이미지센서 제조 공정도.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따른 이미지센서 제조 공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
201 : 기판 202 : 포토다이오드
203 : 금속배선 204 : 소자보호막(passivation layer)
205 : 패드오픈부 206 : 제1평탄화막
207 : 칼라필터 208 : 제2평탄화막
209 : 마이크로렌즈 200 : 마이크로렌즈 보호막
210 : 타이타늄(Ti) 접착층 211 : 골드 시드층
212 : 포토레지스트 213 : 골드 범프
본 발명은 이미지센서(Image sensor) 및 그 제조방법에 관한 것으로, 이미지센서의 범프 공정에 관련된 것이다. 본 발명은 CMOS 이미지센서 및 CCD 이미지센서에 적용 가능하다.
잘 알려진 바와 같이 반도체 칩의 패키지 기술은 초소형 패키지를 위하여 다양한 기술의 CSP(Chip size package)가 적용되고 있으며, CSP를 위하여 칩의 패드에는 와이어 본딩 대신에 범프(Bump)가 형성되게 된다.
도 1a 내지 도 1e는 종래기술에 따라 범프를 갖는 CMOS 이미지센서의 제조 과정을 보여주는 공정 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 기판(101)에 포토다이오드(PD, 102)를 포함하는 CMOS 이미지센서의 일련의 소자들을 형성하고, 금속배선(103)을 형성한 다음, 보호막(passivation layer)(104)을 형성한 상태이다. 보호막(104)은 산화막과 질화막이 적층되어 형성되는 것이 일반적이다.
포토다이오드(102)가 형성된 단위화소 영역에서는, 보호막(104) 상에 제1평탄화막(106)이 형성되고, 제1평탄화막(106) 상에는 포토다이오드(102) 영역에 대응되어 칼라필터(107)가 형성된다. 칼라필터(107) 상에는 제2평탄화막(108)이 형성되고 그 상부에 마이크로렌즈(109)가 형성된다.
마이크로렌즈(109)는 유기물 포토레지스트 도포하고 노광 및 현상에 의해 패터닝한 다음, 패턴된 포토레지스트를 열공정에 의해 플로우시켜 형성하는 것이 일반적이다.
이어서, 마스크 및 식각 공정을 수행하여 보호막(104)을 식각하므로써 범프가 형성될 부분의 금속을 오픈시켜서 패드오픈부(105)를 형성한다. 패드오픈부(105)는 주변회로영역에서 수행된다.
이어서, 도 1b 내지 도 1e는 패드오픈부(105)에 범프를 형성하는 일련의 과정을 보여준다.
범프를 형성하는 방법으로서, 먼저 접착력 향상을 위한 타이타늄(Ti) 접착층(110)과, 골드 시드(seed)층(111)을 연속적으로 증착한다(도 1b). 이후 골드 범프가 형성될 영역인 패드오픈부(105)의 영역이 드러나도록 포토레지스트(112) 패턴를 형성하고(도 1c), 골드 플레이팅을 실시하여 포토레지스트(112)가 오픈된 영역에만 골드 범프(113)을 형성한다(도 1d). 이어서 포토레지스트(112)를 제거한 후, 전면식각으로 골드 시드층(111)과 타이타늄 접착층(110)을 식각하여 범프 이외 영역의 골드 시드층(111)과 타이타늄 접착층(110)을 제거한다.
그러나, 이러한 종래기술의 이미지센서 제조 방법은 마이크로렌즈(109)가 노출된 상태에서 범프 형성 과정이 진행된다. 때문에, 마이크로렌즈가 범프 공정 과정에서 손상되거나 변형되며, 또한 파티클의 흡착에 의해 흑점 불량을 가져다주게 된다.
즉, 마이크로렌즈가 드러난 상태에서 접착층 및 시드층이 형성되는데, 이때 접착층 및 시드층이 스퍼터링 증착법으로 형성되기 때문에 도1 B와 같이 연한 물성의 유기물 포토레지스트인 마이크로렌즈는 스터터링에 의한 손상을 입게된다. 또한, 범프가 형성된 영역 이외의 접착층 및 시드층을 전면식각에 의해 제거할 때, 마이크로렌즈가 역시 식각에 의한 손상을 입게되고 파티클이 흡착되게 된다.
그리고, 흡착된 파티클은 마이크로렌즈가 유기물이기 때문에 세정에 의한 제거가 용이하지 않게 된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 마이크로렌즈를 갖는 이미지센서(CMOS 이미지센서 또는 CCD)에 범프를 형성함에 있어, 범프 공정시 마이크로렌즈가 손상을 입거나 변형되는 것을 방지하고 아울러 범프 공정시 파티클이 발생되더라도 그 파티클의 제거가 용이한 이미지센서 및 그 제조 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이미지센서는, 기판상에 형성된 포토다이오드를 포함하는 소자들 및 소자보호막; 상기 소자보호막 상부에 형성된 마이크로렌즈; 상기 마이크로렌즈 상에 형성되어 범프 공정으로 부터 상기 마이크로렌즈를 보호하기 위한 마이크로렌즈보호막; 상기 마이크로렌즈보호막 및 상기 소자보호막이 식각되어 형성된 패드오픈부; 및 상기 패드오픈부에 형성된 범프를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 이미지센서 제조 방법은, 포토다이오드를 포함하는 소자들과 소자보호막을 형성하는 단계; 상기 소자보호막 상부에 마이크로렌즈를 형성 하는 단계; 상기 마이크로렌즈 상에 후속 범프 공정으로 부터 상기 마이크로렌즈를 보호하기 위한 마이크로렌즈보호막을 형성하는 단계; 상기 마이크로렌즈보호막 및 상기 소자보호막을 선택적으로 식각하여 패드오픈부를 형성하는 단계; 및 상기 패드오픈부에 범프를 형성하는 단계를 포함한다. 바람직하게 상기 범프 형성 이후에 파티클 제거를 위한 단계를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 본 발명은 범프 공정 이전에 마이크로렌즈상에 마이크로렌즈 보호막을 형성하여, 범프 공정시 마이크로렌즈가 손상을 입거나 변형되는 것을 방지한다.
그리고, 바람직하게 보호막은 100℃ ∼ 200℃에서 증착이 이루어지는 저온 공정으로 수행하는 것이 바람직한 바, 이는 마이크로렌즈 형성 이후에 고온 공정이 수행되는 경우 칼라필터 및 마이크로렌즈의 광 특성이 열화되기 때문이다.
아울러, 마이크로렌즈 보호막은 광투과도가 좋으면서 반구형상의 마이크로렌즈 프로파일을 따라 균일한 두께로 형성되는 것이 바람직한 바, 이는 마이크로렌즈가 갖는 광집속의 고유 기능을 저하시키지 않기 위해서이다. 그 두께는 100Å∼10000Å으로 형성될 수 있다.
또한, 보호막은 광투과도가 좋으면서 무기물을 적용하는 것이 바람직한 바, 이는 범프 공정시 발생되는 파티클이 무기물상에서 용이하게 제거되기 때문이다. 적용가능한 무기물로서는 산화막, 산화질화막, 질화막 등이 될 수 있다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지센서 제조 공정도이다.
도 2a를 참조하면, 기판(201)에 포토다이오드(PD, 202)를 포함하는 CMOS 이미지센서의 일련의 소자들을 형성하고, 금속배선(203)을 형성한 다음, 보호막(passivation layer)(204)을 형성한 상태이다. 보호막(204)은 산화막과 질화막이 적층되어 형성되는 것이 일반적이다.
이어서, 포토다이오드(202)가 형성된 단위화소 영역에서는, 보호막(204) 상에 제1평탄화막(206)이 형성되고, 제1평탄화막(206) 상에는 포토다이오드(202) 영역에 대응되어 칼라필터(207)가 형성된다. 칼라필터(207) 상에는 제2평탄화막(208)이 형성되고 그 상부에 마이크로렌즈(209)가 형성된다.
마이크로렌즈(209)는 유기물 포토레지스트 도포하고 노광 및 현상에 의해 패터닝한 다음, 패턴된 포토레지스트를 열공정에 의해 플로우시켜 형성하는 것이 일반적이다.
계속해서, 마이크로렌즈(209)가 형성된 기판 전체구조 상에 광투과도가 좋으면서 저온 공정에서 형성가능하며, 흡착된 파티클의 제거가 용이한 재료를 선택하여 그 재료로서 마이크로렌즈 보호막(200)을 형성한다. 본 실시예에서는 산화막을 적용한다. 산화막은 100℃ ∼ 200℃의 저온에서 형성이 가능하며 광투과도가 우수하고, 무기물이기 때문에 후속 범프 공정시 흡착된 파티클이 세정 공정에 의해 용 이하게 제거된다.
이어서, 마스크 및 식각 공정을 수행하여 마이크로렌즈 및 보호막(204)을 식각하므로써 범프가 형성될 부분의 금속을 오픈시켜서 패드오픈부(205)를 형성한다.
이어서, 도 2b 내지 도 2e에 도시된 바와 같이 패드오픈부(205)에 통상의 방법으로 범프를 형성한다.
범프를 형성하는 구체적인 방법은, 먼저 접착력 향상을 위한 타이타늄(Ti) 접착층(210)과, 골드 시드(seed)층(211)을 연속적으로 증착한다(도 2b). 이후 골드 범프가 형성될 영역인 패드오픈부(205)의 영역이 드러나도록 포토레지스트(212) 패턴를 형성하고(도 2c), 골드 플레이팅을 실시하여 포토레지스트(212)가 오픈된 영역에만 골드 범프(213)을 형성한다(도 2d). 이어서 포토레지스트(212)를 제거한 후, 전면식각으로 골드 시드층(211)과 타이타늄 접착층(210)을 식각하여 범프 이외 영역의 골드 시드층(211)과 타이타늄 접착층(210)을 제거한다.
이후, 필요에 따라 세정 공정을 실시하여 마이크로렌즈 보호막(200) 상에 흡착된 파티클을 제거한다. 이때 보호막(200)은 무기물이므로 그 상부에 형성된 파티클의 제거가 용이하다.
본 발명에서, 접착층 및 시드층의 형성은 스퍼터링 증착으로 이루어지며, 이때 마이크로렌즈(209)는 마이크로렌즈 보호막(200)에 의해 덮혀있으므로 스퍼터링에 의한 손상이 없다. 또한 범프 형성이후에 접착층과 시드층을 전면식각할 때 마이크로렌즈(209)가 보호되어 있으므로 식각에 의한 손상이 없다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으 나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 범프 공정시 마이크로렌즈의 손상 및 변형을 방지하고, 범프 공정시 발생되는 파티클의 제거가 용이하여, 수율 향상 및 광 특성 저하를 방지하는 효과가 있다.
Claims (14)
- 포토다이오드를 포함하는 소자들과 소자보호막을 형성하는 단계;상기 소자보호막 상부에 마이크로렌즈를 형성하는 단계;상기 마이크로렌즈 상에 후속 범프 공정으로 부터 상기 마이크로렌즈를 보호하기 위한 마이크로렌즈보호막을 형성하는 단계;상기 마이크로렌즈보호막 및 상기 소자보호막을 선택적으로 식각하여 패드오픈부를 형성하는 단계; 및상기 패드오픈부에 범프를 형성하는 단계를 포함하며,상기 범프를 형성하는 단계는,상기 패드오픈부가 형성된 전체구조 상에 접착층 및 시드층을 순서적으로 형성하는 단계;상기 시드층 상에 상기 패드오픈부가 형성된 영역이 오픈된 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴의 오픈 부 내에 범프용 금속을 형성하는 단계;상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;드러난 상기 시드층 및 접착층을 전면 식각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 마이크로렌즈보호막은 100℃ ∼ 200℃에서 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 마이크로렌즈보호막은 상기 마이크로렌즈의 프로파일을 따라 균일한 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 마이크로렌즈보호막은 광투과성이며 무기물인 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 마이크로렌즈보호막은 산화막, 산화질화막 및 질화막의 그룹으로부터 선택된 어느 하나이거나, 상기 그룹으로부터 선택된 적어도 두개의 막이 적층된 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 마이크로렌즈보호막은 100Å∼10000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 전면식각 단계 이후에 파티클을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지센서 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,상기 이미지센서는 CMOS 이미지센서 또는 CCD 인 것을 특징으로하는 이미지센서 제조 방법.
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