KR100877879B1 - 이미지센서 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로, 특히 마이크로렌즈의 보호막 예컨대, LTO막의 웨이퍼 절단시 초래되는 크랙을 방지하기에 적합한 이미지센서 제조방법을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 본 발명은, 네트 다이 영역 및 에지 다이 영역을 포함한 반도체 웨이퍼 상에 수광소자 및 금속배선을 포함한 하부구조를 형성하는 단계; 상기 하부구조 상에 패시베이션층을 형성하는 단계; 상기 네트 다이 영역 및 상기 에지 다이 영역에 칼라필터어레이와 오버코팅레이어 및 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 및 상기 에지 다이 영역에서 상기 마이크로렌즈와 상기 오버코팅레이어 및 상기 칼라필터어레이의 제거없이 상기 웨이퍼 전면에 마이크로렌즈 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.
이미지센서, 크랙(Crack), LTO(Low Temperature Oxide), Step expose, OCL, 패시베이션, 마이크로렌즈.
Description
도 1은 통상적인 CMOS 이미지센서의 단면도.
도 2a와 도 2b는 각각 8인치 웨이퍼에서의 웨이퍼 네트다이와 에지 다이 영역을 도시하는 웨이퍼 평면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 단면도.
도 4는 본 발명을 적용한 8인치 웨이퍼에서의 웨이퍼 네트다이와 에지 다이 영역을 도시하는 웨이퍼 평면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
202 : 패시베이션층 204 : 칼라필터어레이
206 : 오버코팅레이어 208 : 마이크로렌즈
209 : 마이크로렌즈 보호막
본 발명은 이미지센서에 관한 것으로 특히, 마이크로렌즈(Microlens) 보호막의 크랙(Crack) 발생을 방지할 수 있는 이미지센서 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : charge coupled device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 캐패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하 캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이며, CMOS 이미지센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다. CMOS 이미지센서는 저전력 소비라는 큰 장점을 가지고 있기 때문에 휴대폰 등 개인휴대용 시스템에 매우 유용하다.
도 1은 통상적인 CMOS 이미지센서의 단면도로서, 웨이퍼 네트 다이(Wafer net die) 부분과 에지 다이(Edge die)부분을 구분하여 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼 네트 다이 부분은 기판에 포토다이오드 및 트랜지스터 등에 의해 픽셀을 구성하는 소자들과 금속배선이 형성된 다음, 그 상부에 패시베이션층(PASSIVATION, 102)이 형성된다. 패시베이션층(102) 상에는 예컨대, 레드(R), 그린(G), 블루(B)와 같은 칼라필터어레이(Color filter array, 104)가 형성되고, 그 상부에 칼라필터어레이(104)에 의해 발생된 단차를 평탄화시키고 초점거리를 조절하기 위한 OCL(Over Coating Layer)층(106)이 형성된다. OCL층(106) 상에는 각 칼라필터어레이(104)에 대응되도록 집광을 위한 마이크로렌즈(Microlens, 108)가 형성된다. 마이크로렌즈(108) 상에는 스크레치 등에 의한 마이크로렌즈(108)의 파손을 방지하기 위해 LTO(Low Temperature Oxide)막(109)이 형성되어 있다. 칼라필터어레이(104), OCL층(106) 및 마이크로렌즈(108)의 재질로는 통상적으로 포토레지스트가 이용된다.
에지 다이 부분은 웨이퍼 네트 다이 부분에서 포토다이오드 등의 형성시 동일한 공정 과정을 거치고 패시베이션층(102)이 형성된다. 또한, 에지 다이 부분은 웨이퍼 네트 다이 부분과는 달리 웨이퍼에서 단위 칩으로 절단(Sawing)하여 제거될 부분으로 칼라필터어레이 공정 및 마이크로렌즈와 OCL층(106)은 필요가 없으므로 제거되며, 패시베이션층(102) 상에 LTO막(109)이 바로 접촉되어 있다.
도 2a와 도 2b는 각각 8인치 웨이퍼에서의 웨이퍼 네트다이와 에지 다이 영역을 도시하는 웨이퍼 평면도이다.
도 2a에서 'A'는 칩으로 사용될 웨이퍼 네트 다이를 나타내며, 도 2b에서의 'B'는 웨이퍼 절단시 제거될 에지 다이를 나타낸다.
CMOS 이미지센서의 제조 공정 중 패드 식각(Pad etch)시 마이크로렌즈를 보호하기 위해서 LTO막을 사용하고 있는데, 웨이퍼 절단시 LTO막에 크랙이 발생하여 수율이 떨어지는 문제가 발생한다. 이는 웨이퍼 에지와 웨이퍼 중앙 즉, 웨이퍼 네트 다이간의 상이한 구조에 기인한 것으로 파악된다. 구체적으로, 전술한 바와 같이 에지 다이에서는 산화막, 질화막 등으로 이루어진 패시베이션층 위에 곧바로 LTO막이 올라감으로 인해 두 층간의 스트레스와 접착(Adhension) 특성이 열악해져 웨이퍼 절단시 LTO막의 크랙이 발생한다.
이는 패시베이션층 상에 후속 공정으로 진행하는 칼라필터어레이와 OCL막 및 마이크로렌즈 공정시 찌꺼기가 남아 패드 식각과 습식 세정시 어택을 받아 LTO막의 크랙을 발생시킬 수 있으며, 또한 마이크로렌즈와 패드 마스크 공정에서 포토레지스트 찌꺼기가 픽셀 안쪽으로 떨어져 나오는 것을 방지하기 위해 웨이퍼 에지의 포토레지스트를 제거하는 공정(Step expose)을 적용하는 바, 포토레지스트 성분인 OCL막과 칼라필터어레이 및 마이크로렌즈 성분은 이 공정에서 에지 다이 영역에서 제거된다.
도 2b에서 에지 다이 영역(B)은 웨이퍼 네트 다이 주변을 감싸는 것으로 웨이퍼 네트 다이를 마스킹하고 노광 및 현상하여 에지 다이(B)에서의 OCL막과 칼라필터 및 마이크로렌즈 물질을 제거한다.
이 공정은 별도의 마스크 작업을 필요로하므로 공정 시간과 비용의 증가를 초래하며, 전술한 바와 같은 LTO막과 패시베이션층 간의 접착특성과 스트레스 및 타폴로지(Topology)에 따른 문제점을 유발하게 된다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 본 발명은, 마이크로렌즈의 보호막 예컨대, LTO막의 웨이퍼 절단시 초래되는 크랙을 방지하기에 적합한 이미지센서 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 네트 다이 영역 및 에지 다이 영역을 포함한 반도체 웨이퍼 상에 수광소자 및 금속배선을 포함한 하부구조를 형성하는 단계와, 상기 하부구조 상에 패시베이션층을 형성하는 단계와, 상기 네트 다이 영역 및 상기 에지 다이 영역에 칼라필터어레이, 오버코팅레이어 및 마이크로렌즈를 형성하는 단계와, 상기 네트 다이 영역 및 상기 에지 다이 영역을 포함하는 상기 웨이퍼 전면에 마이크로렌즈 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 네트 다이 영역 및 에지 다이 영역을 포함한 반도체 웨이퍼 상에 수광소자 및 금속배선을 포함한 하부구조를 형성하는 단계와, 상기 하부구조 상에 패시베이션층을 형성하는 단계와, 상기 네트 다이 영역 및 상기 에지 다이 영역에 칼라필터어레이와 오버코팅레이어를 형성하는 단계와, 상기 웨이퍼 전면에 마이크로렌즈용 포토레지스트를 도포하는 단계와, 상기 네트 다이 영역과 상기 에지 다이 영역에 마이크로렌즈 형성을 위한 마스크를 이용하여 상기 마이크로렌즈용 포토레지스트를 노광 및 현상하여 마이크로렌즈를 형성하는 단계와, 상기 웨이퍼 전면에 마이크로렌즈 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법을 제공한다.
본 발명은, 패시베이션 공정 이후 웨이퍼 네트 다이와 에지 다이간의 OCL막과 칼라필터어레이 및 마이크로렌즈 형성 공정을 동일하게 진행함으로써, 추가의 포토레지스트 제거를 위한 공정(Step expose)에 따른 비용 및 제조 시간의 증가를 방지하며, 웨이퍼 네트 다이와 에지 다이간의 타폴로지 및 에지 다이의 LTO막과 패시베이션층간의 접착 특성과 스트레스에 기인한 웨이퍼 절단시 LTO막의 크랙 발생을 억제하고자 한다.
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 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 CMOS 이미지센서의 단면도로서, 웨이퍼 네트 다이 부분과 에지 다이 부분을 구분하여 도시하고 있다.
도 3을 참조하여 본 발명이 이미지센서 제조 공정을 살펴본다.
웨이퍼 네트 다이 부분은 웨이퍼 상에 수광소자인 포토다이오드(PD) 및 트랜지스터 등에 의해 픽셀을 구성하는 소자들과 금속배선이 형성된 다음, 그 상부에 패시베이션층(PASSIVATION, 202)이 형성된다. 패시베이션층(202) 상에는 예컨대, 레드(R), 그린(G), 블루(B)와 같은 칼라필터어레이(204)가 형성되고, 그 상부에 칼라필터어레이(204)에 의해 발생된 단차를 평탄화시키고 초점거리를 조절하기 위한 OCL층(206)이 형성된다. OCL층(206) 상에는 각 칼라필터어레이(204)에 대응되도록 집광을 위한 마이크로렌즈(208)가 형성된다. 마이크로렌즈(208) 상에는 스크레치 등에 의한 마이크로렌즈(208)의 파손을 방지하기 위해 마이크로렌즈 보호막 예컨대, LTO막(209)이 형성되어 있다. 칼라필터어레이(204), OCL층(206) 및 마이크로렌 즈(208)의 재질로는 통상적으로 포토레지스트가 이용된다.
에지 다이 부분은 웨이퍼 네트 다이 부분에서 포토다이오드 등의 형성시 동일한 공정 과정을 거치고 패시베이션층(202)이 형성되며, 에지 다이 부분은 웨이퍼 네트 다이 부분과는 달리 웨이퍼에서 단위 칩으로 절단하여 제거될 부분이지만, 본 발명에서는 종래와 달리 칼라필터어레이(204) 공정 및 마이크로렌즈(208) 형성 공정과 OCL층(206) 형성 공정을 동시에 실시한다.
즉, 마이크로렌즈(208) 형성을 위한 포토레지스트를 도포한 후, 에지 다이에서의 포토다이오드를 제거하기 위한 노광 및 현상 공정(Step expose)을 생략한다.
이는 마이크로렌즈 마스크와 패드 마스크 공정에서 에지 다이 영역의 포토레지스트 제거를 위한 별도의 노광 및 현상 공정을 생략함으로써 가능하다.
즉, 종래의 경우 마이크로렌즈 마스크 및 패드 마스크 형성 공정에서 포토레지스트의 도포 후 다른 장비로 이동하여 'Step expose'를 통해 에지 다이에서의 포토레지스트를 제거한 다음, 노광과 현상 및 큐어링(Curing)을 실시하였으나, 본 발명에서는 포토레지스트의 도포 후 노광과 현상 및 큐어링을 실시한다.
따라서, 마이크로렌즈와 패드 마스크 공정에서 에지 다이의 포토레지스트가 픽셀 안쪽으로 들어오는 문제를 방지하기 위해 실시하는 'Step expose'를 생략하여 이를 위한 별도의 장비 사용을 안하고 인라인(In-line)으로 공정을 진행할 수 있어 마이크로렌즈와 패드 마스크의 두 공정 시간을 거의 반으로 줄일 수 있다.
또한, 에지 다이에서의 타폴로지에 따른 문제와 패시베이션층과 LTO막 간의 스트레스와 접착력 문제를 해결할 수 있다.
도 4는 본 발명을 적용한 8인치 웨이퍼에서의 웨이퍼 네트다이와 에지 다이 영역을 도시하는 웨이퍼 평면도이다.
도 4를 참조하면, 'A'는 칩으로 사용될 웨이퍼 네트 다이를 나타내며, 'B'는 웨이퍼 절단시 제거될 에지 다이를 나타낸다.
즉, 본 발명의 마이크로렌즈와 패드 마스크 공정에서 에지 다이인 'B'에 대한 별도의 'Step expose' 공정을 생략한다. 다만 도시된 'C'의 두 다이에서는 마이크로렌즈 등의 형성을 생략하는 바, 이는 웨이퍼 식별을 위한 레이져 마킹(Laser marking)을 판별하기 위한 것이다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
상술한 본 발명은, 아미크로렌즈 보호막의 크랙 발생을 억제하고 공정시간의 단축과 생산비용을 절감할 수 있어, 이미지센서의 수율과 생산성을 향상시킬 수 있는 탁월한 효과를 기대할 수 있다.
Claims (6)
- 네트 다이 영역 및 에지 다이 영역을 포함한 반도체 웨이퍼 상에 수광소자 및 금속배선을 포함한 하부구조를 형성하는 단계;상기 하부구조 상에 패시베이션층을 형성하는 단계;상기 네트 다이 영역 및 상기 에지 다이 영역에 칼라필터어레이, 오버코팅레이어 및 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 및상기 네트 다이 영역 및 상기 에지 다이 영역을 포함하는 상기 웨이퍼 전면에 마이크로렌즈 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 네트 다이 영역 및 상기 에지 다이 영역을 포함하는 상기 웨이퍼 전면에 마이크로렌즈 보호막을 형성하는 단계 전,상기 에지 다이 영역에서의 적어도 두개의 다이에는 레이져 마킹을 위해 상기 칼라필터어레이와 오버코팅레이어 및 마이크로렌즈를 제거하는 단계를 더 포함하는 이미지센서 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 마이크로렌즈 보호막은 LTO(Low Temperature Oxide)막이며, 상기 패시베이션층은 산화막 또는 질화막인 이미지센서 제조방법.
- 네트 다이 영역 및 에지 다이 영역을 포함한 반도체 웨이퍼 상에 수광소자 및 금속배선을 포함한 하부구조를 형성하는 단계;상기 하부구조 상에 패시베이션층을 형성하는 단계;상기 네트 다이 영역 및 상기 에지 다이 영역에 칼라필터어레이와 오버코팅레이어를 형성하는 단계;상기 웨이퍼 전면에 마이크로렌즈용 포토레지스트를 도포하는 단계;상기 네트 다이 영역과 상기 에지 다이 영역에 마이크로렌즈 형성을 위한 마스크를 이용하여 상기 마이크로렌즈용 포토레지스트를 노광 및 현상하여 마이크로렌즈를 형성하는 단계; 및상기 웨이퍼 전면에 마이크로렌즈 보호막을 형성하는 단계를 포함하는 이미지센서 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 웨이퍼 전면에 마이크로렌즈 보호막을 형성하는 단계 전,상기 에지 다이 영역에서의 적어도 두개의 다이에는 레이져 마킹을 위해 상기 칼라필터어레이, 상기 오버코팅레이어 및 상기 마이크로렌즈를 제거하는 단계를 더 포함하는 이미지센서 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 마이크로렌즈 보호막은 LTO(Low Temperature Oxide)막이며, 상기 패시베이션층은 산화막 또는 질화막인 이미지센서 제조방법.
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| KR20020048706A (ko) * | 2000-12-18 | 2002-06-24 | 박종섭 | 마이크로 렌즈 상부에 평탄화층을 구비하는 이미지 센서및 그 제조방법 |
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