KR20040000878A - 이미지 센서의 금속 패드 산화 방지방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이미지 센서의 금속 패드 산화 방지방법에 관한 것으로, 특히 본 발명의 제조 방법은 광감지 소자와 논리 회로를 포함하는 반도체 기판의 상부 전면에 절연막을 형성하고, 논리 회로 영역의 절연막의 상부에 금속 패드를 형성하고, 금속 패드가 형성된 결과물 전면에 소자 보호막을 형성하고, 소자 보호막의 일부를 선택적으로 제거하여 금속 패드의 상부를 노출시키는 오픈 영역을 형성하고, 광감지 소자 영역의 소자 보호막과 오픈 영역이 형성된 논리 회로 영역의 소자 보호막에 각각 제 1평탄화층 및 라이너막을 얇게 형성하고, 광감지 소자 영역의 제 1평탄화층 상부에 컬러 필터 어레이를 형성하고, 컬러 필터 어레이 상측면에 제 2평탄화층을 두껍게 형성하고, 제 2평탄화층을 일정 두께로 식각하면서 라이너막을 식각으로 제거하여 오픈 영역을 노출시킨 후에, 제 2평탄화층 상부에 컬러 필터에 대향되는 마이크로렌즈를 형성한다. 따라서, 본 발명은 컬러 필터 어레이 제조 공정전에 광감지 소자 영역에 평탄화층을 형성하면서 논리 회로 영역의 오픈 영역에 라이너막을 함께 형성함으로써 컬러 필터 어레이 공정시 금속 패드 표면의 노출을 막아 금속 패드의 부식, 손상, 오염을 방지하고 이로 인해 와이어 본딩의 수율 저하를 막을 수 있다.

Description

이미지 센서의 금속 패드 산화 방지방법{METHOD FOR PROTECTING OXIDATION OF METAL PAD ON THE IMAGE SENSOR}

본 발명은 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 컬러 필터 어레이?? 공정 중에 발생되는 금속 패드의 부식, 손상, 오염을 방지할 수 있는 이미지 센서의 금속 패드 산화 방지방법에 관한 것이다.

일반적으로, 이미지 센서라 함은 광학 영상(optical image)을 전기 신호로 변환시키는 반도체소자로서, 이중 전하결합소자(CCD : Charge Coupled Device)는 개개의 MOS(Metal-Oxide-Silicon) 커패시터가 서로 매우 근접한 위치에 있으면서 전하캐리어가 커패시터에 저장되고 이송되는 소자이다. 더욱이, 씨모스(Complementary MOS; 이하 CMOS라 함) 이미지 센서는 제어회로(control circuit) 및 신호처리회로(signal processing circuit)를 주변회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이것을 이용하여 차례차례 출력(output)을 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.

이러한 다양한 이미지 센서를 제조함에 있어서, 이미지 센서의 감광도(photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는바 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지 센서는 빛을 감지하는 광감지 소자부분과, 감지된 빛을 전기적신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 논리 회로부분으로 구성되어 있다. 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지 센서 면적에서 광감지 소자부분의 면적이 차지하는 비율(이를 통상 'Fill Factor'라 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있지만, 근본적으로 논리 회로부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적 하에서 이러한 노력에는 한계가 있다.

한편, 종래 CMOS 이미지 센서 제조 공정에서는 논리 회로 영역에 금속 패드를 형성하고 그 결과물에 외부의 수분 및 스크래치로부터 소자를 보호하기 위하여소자 보호막을 증착하고 이를 식각하여 금속 패드의 오픈 공정을 수행한 후에 광감지 소자 영역에 컬러 필터 어레이를 형성하게 된다.

도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 의한 이미지 센서의 금속 패드 오픈 방법을 설명하기 위한 공정 순서도로서, 이를 참조하여 종래 CMOS 이미지 센서의 금속 패드 오픈 방법에 대해 설명한다. 이들 도면에서 도면 부호 A는 광감지 소자 영역, B는 논리 회로 영역을 나타낸 것이다.

먼저 도 1a에 도시된 바와 같이, 이미지센서의 단위화소간의 전기적인 절연을 위하여 필드 절연막(미도시함)과, 필드 절연막 사이에 적어도 하나이상의 광감지 소자(미도시함) 및 논리 회로(미도시함)가 형성된 반도체 기판(1) 상부에 절연막(10)을 형성한다. 결과물 전면에 금속 물질을 증착하고 이를 패터닝하여 기판(1)의 논리 회로 영역(B)의 절연막(10) 상부에 금속 패드(102)를 형성한다. 이때 금속 패드(102) 상/하부에는 티타늄질화막(TiN)과 같은 반사방지막(101)이 증착될 수도 있다.

그 다음 금속 패드(102)가 형성된 결과물 전면에 외부의 수분 및 스크래치로부터 소자를 보호하기 위하여 소자 보호막(104, 106)을 증착한다. 이때, 소자 보호막은 예를 들어 TEOS박막(104)과 USG막(106)이 적층된 구조일 수 있다.

이어서 도 1b에 도시된 바와 같이, 광감지 소자 영역(A)을 마스킹하고 식각 공정을 진행하여 소자 보호막(106, 104) 및 반사방지막(101)이 식각되어 금속 패드(102) 표면 일부가 드러나는 오픈 영역(108)을 형성한다. 이때 오픈 영역(108)은 이후 패키지 공정시 와이어 본딩이 이루어질 금속 패드(102) 표면을노출시키기 위한 것이다.

그 다음 도 1c에 도시된 바와 같이, 토포로즈(topology)의 단차 극복 및 접착(adhesion)을 좋게 하기 위하여 광감지 소자 영역(A)의 소자 보호막(106) 상부에 포토레지스트를 도포하고 이를 노광 및 현상으로 패터닝하여 제 1평탄화층(110)을 얇게 형성한다.

그리고 도 1d에 도시된 바와 같이, 광감지 소자 영역(A)의 제 1평탄화층(110)상부에 염색된 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터(112)를 어레이 형태로 형성한다.

그런 다음 도 1e에 도시된 바와 같이, 컬러 필터(112)가 형성된 광감지 소자 영역(A) 전면에 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상으로 이를 패터닝하여 컬러 필터(112)를 둘러싼 형태로 제 2평탄화층(114)을 두껍게 형성한다.

그리고나서 도 1f에 도시된 바와 같이, 광감지 소자 영역(A)의 제 2평탄화층(114) 상부에 포토레지스트를 도포하고 이를 노광 및 현상으로 패터닝하여 컬러 필터(112)에 대향되는 위치에 포토레지스트 패턴이 남아있도록 한다. 그리고 열처리 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴을 플로우(flow)시켜 제 2평탄화층(114) 상부에 광을 집약시켜주는 반구형 마이크로렌즈(116)를 형성함으로써 CMOS 이미지 센서의 제조 공정을 완료한다.

상술한 종래 기술의 CMOS 이미지 센서의 제조 공정에 있어서, 논리 회로 영역(B) 상에 금속 패드(102)의 오픈 영역(108)을 형성한 후에, 광감지 소자 영역(A)의 컬러 필터(112)와 제 2평탄화층(114)을 형성하고 있다. 이러한 컬러 필터 제조공정시 노출된 금속 패드(102) 표면에 현상액과 컬러 필터(112)의 재료인 염색된 포토레지스트 또는 평탄화용 포토레지스트의 찌꺼기가 남게 될 경우 부식, 손상 오염 등을 발생하게 된다. 게다가 이후 와이어 본딩시 금속 패드(102) 표면에 남아있는 잔여물은 와이어와 금속 패드(102) 사이의 접촉을 불안전하게 하여 수율을 저하시키는 원인으로 작용한다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 컬러 필터 어레이 제조 공정전에 광감지 소자 영역에 평탄화층을 형성하면서 논리 회로 영역의 오픈 영역에 라이너막을 함께 형성함으로써 컬러 필터 어레이 공정시 금속 패드 표면의 노출을 막아 금속 패드의 부식, 손상, 오염을 방지하고 이로 인해 와이어 본딩의 수율 저하를 막을 수 있는 이미지 센서의 금속 패드 산화 방지방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 적어도 하나이상의 광감지 소자와 논리 회로를 포함하는 이미지 센서를 제조하는 방법에 있어서, 광감지 소자와 논리 회로를 포함하는 반도체 기판의 상부 전면에 절연막을 형성하는 단계와, 논리 회로 영역의 절연막의 상부에 금속 패드를 형성하는 단계와, 금속 패드가 형성된 결과물 전면에 소자 보호막을 형성하는 단계와, 소자 보호막의 일부를 선택적으로 제거하여 금속 패드의 상부를 노출시키는 오픈 영역을 형성하는 단계와, 광감지 소자 영역의 소자 보호막과 오픈 영역이 형성된 논리 회로 영역의 소자 보호막에 각각 제 1평탄화층 및 라이너막을 얇게 형성하는 단계와, 광감지 소자 영역의 제 1평탄화층상부에 컬러 필터 어레이를 형성하는 단계와, 컬러 필터 어레이 상측면에 제 2평탄화층을 두껍게 형성하는 단계와, 제 2평탄화층을 일정 두께로 식각하면서 라이너막을 식각으로 제거하여 오픈 영역을 노출시키는 단계와, 제 2평탄화층 상부에 컬러 필터에 대향되는 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함한다.

도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 의한 이미지 센서의 금속 패드 오픈 방법을 설명하기 위한 공정 순서도,

도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 이미지 센서의 금속 패드 오픈 공정시 금속 패드의 산화를 방지하기 위한 공정 순서도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1 : 반도체 기판 10 : 절연막

202 : 금속 패드 204, 206 : 소자 보호막

208 : 오픈 영역 210 : 제 1평탄화층

212 : 라이너막 214 : 컬러 필터 어레이

216 : 제 2평탄화층 218 : 마이크로렌즈

A : 광감지 소자 영역 B : 논리 회로 영역

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하고자 한다.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 이미지 센서의 금속 패드 오픈 공정시 금속 패드의 산화를 방지하기 위한 공정 순서도이다. 이를 참조하여 본 발명의 CMOS 이미지 센서의 금속 패드 오픈 방법에 대해 설명한다. 이들 도면에서 도면 부호 A는 광감지 소자 영역, B는 논리 회로 영역을 나타낸 것이다.

먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, 이미지센서의 단위화소간의 전기적인 절연을 위하여 필드 절연막(미도시함)과, 필드 절연막 사이에 적어도 하나이상의 광감지 소자(미도시함) 및 논리 회로(미도시함)가 형성된 반도체 기판(1) 상부에 절연막(10)을 형성한다. 결과물 전면에 금속 물질을 증착하고 이를 패터닝하여 기판(1)의 논리 회로 영역(B)의 절연막(10) 상부에 금속 패드(202)를 형성한다. 이때 금속 패드(202) 상/하부에는 티타늄질화막(TiN)과 같은 반사방지막(201)이 증착될 수도 있다.

그 다음 금속 패드(202)가 형성된 결과물 전면에 외부의 수분 및 스크래치로부터 소자를 보호하기 위하여 소자 보호막(204, 206)을 증착한다. 이때, 소자 보호막은 예를 들어 TEOS박막(204)과 USG막(206)이 적층된 구조일 수 있다.

이어서 도 2b에 도시된 바와 같이, 광감지 소자 영역(A)을 마스킹하고 식각 공정을 진행하여 소자 보호막(206, 204) 및 반사방지막(201)을 식각해서 금속 패드(202) 표면 일부가 드러나는 오픈 영역(208)을 형성한다. 이때 오픈 영역(208)은 이후 패키지 공정시 와이어 본딩이 이루어질 금속 패드(202) 표면을 노출시키기 위한 것이다.

그 다음 도 2c에 도시된 바와 같이, 토포로즈의 단차 극복 및 접착을 좋게 하기 위하여 광감지 소자 영역(A)의 소자 보호막(206) 상부에 포토레지스트를 도포하고 이를 노광 및 현상으로 패터닝하여 제 1평탄화층(210)을 얇게 형성한다. 이와 동시에 논리 회로 영역(B)의 오픈 영역(208) 상부와 그 주변에도 라이너막(212)을 얇게 형성한다. 이때 라이너막(212)은 이후 광감지 소자 영역(A)의 컬러 필터 제조 공정시 금속 패드(202) 표면이 노출되어 금속 패드의 부식, 손상, 오염 등이 발생되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다. 바람직하게, 제 1평탄화층(210) 및 라이너막(212)은 4000Å∼8000Å의 두께를 갖는다.

그리고 도 2d에 도시된 바와 같이, 광감지 소자 영역(A)의 제 1평탄화층(210)상부에 염색된 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상으로 패터닝하여 적색, 녹색, 청색의 컬러 필터(214)를 어레이 형태로 형성한다.

그런 다음 도 2e에 도시된 바와 같이, 컬러 필터(214)가 형성된 광감지 소자 영역(A) 전면에 포토레지스트를 도포하고 노광 및 현상으로 이를 패터닝하여 컬러 필터(214)를 둘러싼 형태로 제 2평탄화층(216)을 형성한다. 바람직하게 제 2평탄화층(216)은 12000Å∼30000Å의 두께를 갖는다.

계속해서 제 2평탄화층(216)을 일정 두께로 식각하면서 라이너막(212)을 식각으로 제거하여 도 2f에 도시된 바와 같이, 금속 패드(202)의 오픈 영역(218)을 노출시킨다. 이때 식각 공정은 라이너막(212)이 모두 제거될 때까지 제 2평탄화층(216)을 전면 식각(etch back)한다.

그리고나서 도 2g에 도시된 바와 같이, 광감지 소자 영역(A)의 식각된 제 2평탄화층(216') 상부에 포토레지스트를 도포하고 이를 노광 및 현상으로 패터닝하여 컬러 필터(214)가 대향하는 위치에 포토레지스트 패턴이 남아있도록 한다. 그리고 열처리 공정을 실시하여 포토레지스트 패턴을 플로우(flow)시켜 제 2평탄화층(216') 상부에 컬러 필터(214)에 대향되는 반구형 마이크로렌즈(218)를 형성함으로써 CMOS 이미지 센서의 제조 공정을 완료한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 컬러 필터 어레이 제조 공정전에 광감지 소자 영역에 평탄화층을 형성하면서 논리 회로 영역의 오픈 영역에 라이너막을 함께 형성함으로써 컬러 필터 어레이 공정시 금속 패드 표면의 노출을 막아 현상액과 염색된 포토레지스트 잔여물 또는 평탄화용 포토레지스트 잔여물로 인해 금속 패드 표면이 부식, 손상, 오염되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명은 컬러필터 어레이 제조 공정시 금속 패드 표면을 라이너막으로 보호하여 이후 금속 패드의 와이어 본딩시 금속 패드와 와이어 사이의 접촉을 향상시킬 수 있어 CMOS 이미지 센서의 제품 수율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명은 상술한 실시예에 국한되는 것이 아니라 후술되는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상과 범주내에서 당업자에 의해 여러 가지 변형이 가능하다.

Claims (4)

1. 적어도 하나이상의 광감지 소자와 논리 회로를 포함하는 이미지 센서를 제조하는 방법에 있어서,

   상기 광감지 소자와 논리 회로를 포함하는 반도체 기판의 상부 전면에 절연막을 형성하는 단계;

   상기 논리 회로 영역의 절연막의 상부에 금속 패드를 형성하는 단계;

   상기 금속 패드가 형성된 결과물 전면에 소자 보호막을 형성하는 단계;

   상기 소자 보호막의 일부를 선택적으로 제거하여 상기 금속 패드의 상부를 노출시키는 오픈 영역을 형성하는 단계;

   상기 광감지 소자 영역의 소자 보호막과 상기 오픈 영역이 형성된 논리 회로 영역의 소자 보호막에 각각 제 1평탄화층 및 라이너막을 얇게 형성하는 단계;

   상기 광감지 소자 영역의 제 1평탄화층 상부에 컬러 필터 어레이를 형성하는 단계;

   상기 컬러 필터 어레이 상측면에 제 2평탄화층을 두껍게 형성하는 단계;

   상기 제 2평탄화층을 일정 두께로 식각하면서 상기 라이너막을 식각으로 제거하여 상기 오픈 영역을 노출시키는 단계; 및

   상기 제 2평탄화층 상부에 상기 컬러 필터에 대향되는 마이크로렌즈를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 금속 패드 산화 방지방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1평탄화층과 라이너막 및 제 2평탄화층은 포토레지스트로 이루어진 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 금속 패드 산화 방지방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1평탄화층 및 라이너막은 4000Å∼8000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 금속 패드 산화 방지방법.
4. 제 1항에 있어서, 상기 제 2평탄화층은 12000Å∼30000Å의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 이미지 센서의 금속 패드 산화 방지방법.