KR100910444B1 - 이미지 센서의 금속배선 형성방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서의 금속배선 형성방법에 관한 것으로서, 반도체 기판 상에 형성된 Al 금속을 포함하는 배선막과, 배선막을 사이에 두고 형성되는 상, 하부 Ti/TiN막을 형성하되, 상부 Ti/TiN막의 상측과 하부 Ti/TiN막의 하측으로 증착되는 실리콘나이트라이드막을 포함한다. 따라서 본 발명에 의하면 금속배선에 포함된 실리콘나이트라이드막(SiN)을 통하여 수소를 이용한 열처리시 Ti/TiN막에 결합되는 수소의 양을 줄여 다크 커런트를 감소시키므로 소자 특성을 향상시키는 효과를 가져온다.
이미지센서, 금속배선, Al 배선막, Ti/TiN막, 다크 커런트
Description
본 발명은 이미지 센서의 금속배선 형성방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다크 커런트(dark current)를 최소화하여 반도체 소자 특성을 향상시킬 수 있는 이미지 센서의 금속배선 형성방법에 관한 것이다.
반도체 소자 중 이미지 센서(image sensor)는 광학적 이미지를 전기적 신호로 변형시키는 소자이다. 이미지 센서는 크게 두 가지로 구분될 수 있다. CMOS(Complementary Metal-Oxide-Silicon) 이미지 센서 및 CCD(Charge Coupled Device) 이미지 센서가 그것이다. CCD 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서에 비하여 광감도(sensitivity) 및 노이즈(noise)에 대한 특성이 우수하나, 고집적화에 어려움이 있고, 전력소모가 높다. 이에 반하여, CMOS 이미지 센서는 CCD 이미지 센서에 비하여 공정들이 단순하고, 고집적화에 적합하며, 전력소모가 낮다.
최근, 반도체 소자의 제조기술이 고도로 발전함에 따라, CMOS 소자의 제조기술 및 특성이 크게 향상되고 있다. 따라서, CMOS 이미지 센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
통상적으로, CMOS 이미지 센서의 화소(pixel)는 빛을 받아들이는 포토다이오드와 포토다이오드로부터 입력된 영상신호들을 제어하는 CMOS 소자들로 구성된다.
CMOS 이미지 센서의 특성은 외부의 빛 입자를 광 다이오드(photo diode)가 받아들이는 감도(Sensitivity)에 좌우된다. 이러한 감도는 마이크로렌즈(microlens)와 광 다이오드 사이의 거리 및 막질 특성에 기인하는 바가 크다. 그런데 종래의 픽셀 영역(pixel block)의 질화막(passivation nitride)의 경우는 금속층(metal layer)처럼 빛을 완전히 반사하지는 않지만, 산화막(passivation oxide)에 비하여 상대적으로 빛의 상당부분을 차단하여 반사시키는 특성을 가진다. 따라서, CMOS 이미지 센서의 감도가 떨어지는 문제점이 발생한다.
도 1은 종래 이미지 센서의 금속배선 방법을 설명한 도면으로서, 반도체 기판(10)상에 층간 절연막(12)이 형성되고, 이 층간 절연막(12)상에 금속 배선(20)이 형성된다.
금속 배선(20)은 Ti/TiN막(21)과 Ti/TiN막(21)의 상측으로 Al 배선막(22)이 형성되고, Al 배선막(22)의 상측으로 다시 Ti/TiN막(23)이 순차적으로 증착한 다음, 사진 식각 공정을 통해 형성되는 구조를 가진다.
한편, 일반적으로 CMOS 이미지 센서의 경우에는 다크 커런트를 감소시키기 위하여 금속배선(20)이 형성된 이후에 수소 가스를 이용한 열처리를 진행하게 된다.
참고로 다크 커런트(dark current)란, 포토다이오드에 빛이 입사되지 않는 상태의 화소에 흐르는 전류를 말한다. 다크 커런트는 빛이 입사되지 않은 화소가 동작하는 다크결함(dark defect)을 증가시킬 수 있다.
그러나, 금속배선으로 사용하는 Ti/TiN막이 수소 가스를 이용한 열처리시 수소와 결합되어 열처리 효과를 감소시키게 되며, 이로서 다크 커런트 특성이 열화되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은, 반도체 기판 상에 Al 배선막을 사이에 두고 형성되는 각 Ti/TiN막의 하층과 상층에 실리콘나이트라이드막(SiN)이 증착되는 금속배선을 형성함으로써, 수소를 이용한 열처리시 수소 농도가 높은 실리콘나이트라이드막을 통하여 Ti/TiN막에 결합되는 수소의 양을 줄여 다크 커런트를 감소시키므로 소자 특성을 향상시킬 수 있는 이미지 센서의 금속배선 형성방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 이미지 센서의 금속배선 형성방법에 있어서, 반도체 기판 상에 형성된 Al 금속을 포함하는 배선막과, 배선막을 사이에 두고 형성되는 상, 하부 Ti/TiN막을 형성하되,수소를 이용한 열처리시 수소가 상, 하부 Ti/TiN막에 결합되는 것을 감소시킬 수 있도록 상부 Ti/TiN막의 상측과 하부 Ti/TiN막의 하측상에 동일 면적으로 증착되는 실리콘나이트라이드막을 포함하는 이미지 센서의 금속배선 형성방법을 제공한다.
여기서 바람직하게는 실리콘나이트라이드막은 10∼1000Å의 두께로 증착된다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 이미지 센서의 금속배선 형성방법에 따르면, 금속배선에 포함된 실리콘나이트라이드막(SiN)을 통하여 수소를 이용한 열처리시 Ti/TiN막에 결합되는 수소의 양을 줄여 다크 커런트를 감소시키므로 소자 특성을 향상시키는 효과를 가져온다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 동작 원리를 상세히 설명한다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 금속배선 방법에 따른 단면도이다.
본 발명에 따른 이미지 센서의 금속배선 형성은 Al으로 이루어진다. 그러나 Al 자체의 신뢰성 또는 공정 집적도 및 단위 공정상 등이 고려되어 실제로는 Al 자체만이 아닌 Ti 또는TiN 등의 내화 금속과 함께 적층 구조로 형성된다.
도 2에 도시된 것과 같이, 반도체 기판(100)상에 층간 절연막(110)이 형성되고, 이 층간 절연막(110)상에 금속 배선(120)이 형성된다.
금속 배선(120)은 먼저, 실리콘나이트라이드막(121)이 증착되고, 이어서 Ti/TiN막(122)과 Ti/TiN막(122)의 상측으로 Al 배선막(123)이 형성되고, Al 배선막(123)의 상측으로 다시 Ti/TiN막(123)이 순차적으로 증착되고, 또 다시 상부 Ti/TiN막(123)의 상측으로 실리콘나이트라이드막(121)이 증착된다.
여기서 층간 절연막(110)의 상측에 형성된 Ti/TiN막(122)은 라이너(liner)로 Al과의 반응성이 거의 없기 때문에 Ti/TiN과 Al 경계면 사이에 원하지 않는 화합물 등이 형성되지 않아 초기 Al 단면적이 끝까지 유지되는 장점이 있다.
이러한 Ti/TiN막(122)은 화학 기상 증착을 통하여 100Å 이하의 두께를 갖으며, 바람직하게는 20Å∼100Å의 두께를 갖는다.
그리고 Ti/TiN막(122)의 상측으로 Al 배선막(123)을 Ti/TiN막(122) 보다 대략 3배 정도의 두께로 형성하고, 이어서 다시 Ti/TiN막(124)을 형성한다.
Ti/TiN막(124)은 반사방지막(Anti Reflective Coating)이며, 화학 기상 증착을 통하여 100Å 이하의 두께를 갖으며, 바람직하게는 20Å∼100Å의 두께를 갖는다.
그리고 본 발명의 특징에 따라 상부 Ti/TiN막(124)의 상측과 하부 Ti/TiN막(122)의 하측으로 증착되는 실리콘나이트라이드막(121)은, 수소 농도가 높은 물질로서 10∼1000Å의 두께로 증착되는 것이 바람직하다.
그러므로 본 발명에서는 금속배선의 상, 하측에 샌드위치 구조로 실리콘나이트라이드막(121)을 형성함으로써, 이후에 수소를 이용한 열처리시 Ti/TiN막(122)(124)에 결합되는 수소를 줄일 수 있게 되어 수소 소스를 충분히 공급하고 이로 인하여 수소 열처리의 효과를 향상시켜서 다크 커런트의 감소로 이어져서 이 미지 센서의 특성을 향상시킬 수 있다.
그리고 도시되지는 않았으나, 위의 반도체 기판(100)에는 층간 접속을 위한 비아홀 또는 컨택홀이 형성되어 있어서, 본 발명에 의해 형성될 금속배선이 비아홀 또는 컨택홀을 통하여 트랜지스터의 소스/드레인 전극 또는 게이트 전극에 전기적으로 접속되도록 한다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 이미지 센서의 금속배선 형성방법은 하나의 바람직한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 종래 이미지 센서의 금속배선 방법에 따른 단면도이고,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서의 금속배선 방법에 따른 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 반도체 기판 110 : 층간 절연막
120 : 금속배선 121 : 실리콘나이트라이드막
122, 124 : Ti/TiN막 123 : Al 배선막
Claims (2)
- 이미지 센서의 금속배선 형성방법에 있어서,반도체 기판 상에 형성된 Al 금속을 포함하는 배선막과,상기 배선막을 사이에 두고 형성되는 상, 하부 Ti/TiN막을 형성하되,수소를 이용한 열처리시 수소가 상기 상, 하부 Ti/TiN막에 결합되는 것을 감소시킬 수 있도록 상기 상부 Ti/TiN막의 상측과 상기 하부 Ti/TiN막의 하측상에 동일 면적으로 증착되는 실리콘나이트라이드막을 포함하는 이미지 센서의 금속배선 형성방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 실리콘나이트라이드막은 10∼1000Å의 두께로 증착되는 이미지 센서의 금속배선 형성방법.
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